신경동토학

Neuroprosthetics

신경 동토층은 신경 보철물 개발과 관련된 신경 과학 및 생물의학 공학과 관련된 분야입니다.그것들은 때때로 누락된 생물학적 [1]기능을 대체하기 위한 장치가 아닌 뇌를 컴퓨터에 연결하는 뇌-컴퓨터 인터페이스와 대조된다.

신경 보철물은 부상이나 질병으로 인해 손상되었을 수 있는 운동, 감각 또는 인지적 양식을 대체할 수 있는 일련의 장치입니다.달팽이관 이식술은 그러한 장치의 예를 제공한다.이 장치들은 달팽이관에서 수행되는 주파수 분석을 시뮬레이션하면서 고막과 등뼈에 의해 수행되는 기능을 대체한다.외부 유닛상의 마이크는 소리를 수집해 처리한다.그 후 처리된 신호는 마이크로 [2]전극 어레이를 통해 청각신경을 자극하는 이식된 유닛으로 전송된다.손상된 감각의 교체 또는 증대를 통해 이러한 장치는 장애인의 삶의 질을 향상시키도록 의도되었습니다.

이 이식 가능한 장치들은 또한 신경과학자들이 뇌와 뇌 기능에 대해 더 잘 이해할 수 있도록 돕는 도구로서 동물 실험에 일반적으로 사용된다.피험자의 뇌에 이식된 전극이 보내는 뇌의 전기신호를 무선으로 감시함으로써 결과에 영향을 미치는 장치 없이 피험자를 연구할 수 있다.뇌의 전기 신호를 정확하게 조사하고 기록하는 것은 특정 [3]기능을 담당하는 뉴런의 국소 집단 사이의 관계를 더 잘 이해하는데 도움이 될 것이다.

신경 임플란트는 특히 뇌, 눈 또는 달팽이관을 둘러싼 부위의 침습성을 최소화하기 위해 가능한 한 작게 설계되어 있습니다.이 이식물들은 일반적으로 그들의 보철물과 무선으로 통신한다.또한 현재 피부를 통한 무선 송전을 통해 전력을 공급받고 있습니다.임플란트를 둘러싼 조직은 일반적으로 온도 상승에 매우 민감하며, 이는 [4]조직 손상을 방지하기 위해 전력 소비를 최소화해야 한다는 것을 의미합니다.

현재 가장 널리 사용되고 있는 신경 동토제는 달팽이관 이식물로 2012년 [5]현재 전세계적으로 30만 개 이상이 사용되고 있다.

역사

최초의 달팽이관 이식수술은 1957년에 만들어졌다.다른 이정표로는 1961년 반신마비에서 발을 떨어뜨리는 최초의 운동 보철물, 1977년 최초의 청각 뇌간 이식물, 1981년 성인 쥐의 척수에 이식된 말초 신경 다리가 있다.1988년 요추전근 이식물과 기능성 전기자극(FES)은 하반신 마비 [6]환자 그룹에 대해 각각 서기와 걷기를 용이하게 했다.

뇌에 이식된 전극의 발달에 관해, 초기에는 바늘로 전극을 삽입하고 원하는 [7]깊이로 바늘을 잘라내는 방식으로 전극의 위치를 확실하게 파악하는 것이 어려웠습니다.최근의 시스템은 파킨슨병의 증상을 완화하기 위해 뇌 심부 자극에 사용되는 것과 같은 보다 진보된 탐침을 이용한다.어느 접근법의 문제점은 탐침이 하지 않는 동안 뇌가 두개골 안에서 자유롭게 떠다니고 저속 자동차 사고와 같은 비교적 가벼운 충격이 잠재적으로 피해를 준다는 것이다.미시간 대학의 Kensall Wise와 같은 일부 연구원들은 '뇌의 외부 표면에 장착될 전극'을 [8]두개골의 내부 표면에 묶는 것을 제안했다.그러나 테더링은 성공하더라도 심부 뇌 자극(DBS)의 경우처럼 뇌 깊숙이 삽입되어야 하는 장치의 문제를 해결하지 못할 것이다.

감각 보철물

시각적 보철물

주요 기사:시각 보철물

시각 보철물은 시각계의 뉴런을 전기적으로 자극함으로써 영상감을 만들어 낼 수 있다.카메라는 무선으로 임플란트에 전송하고 임플란트는 이미지를 전극 배열에 매핑합니다.전극 배열은 600-1000개의 위치를 효과적으로 자극해야 하며, 망막의 시신경 뉴런을 자극하여 이미지를 만들 것입니다.자극은 광학 신호의 경로를 따라 어디에서나 수행될 수 있습니다.영상을 만들기 위해 광학신경을 자극할 수도 있고, 망막 임플란트에 대한 임상시험이 가장 성공적인 것으로 입증되었지만 시각피질을 자극할 수도 있다.

시각적 보철 시스템은 비디오를 획득하고 처리하는 외부(또는 이식 가능한) 이미징 시스템으로 구성됩니다.전원과 데이터는 외부 장치를 통해 임플란트로 무선으로 전송됩니다.임플란트는 수신된 전력/데이터를 사용하여 디지털 데이터를 마이크로 전극을 통해 신경으로 전달되는 아날로그 출력으로 변환합니다.

광수용체는 광자를 전기 신호로 변환하는 특수 뉴런이다.그것들은 망막의 일부이며, 눈 뒤쪽에 선을 그은 약 200 um 두께의 다층 신경 구조입니다.처리된 신호는 광신경을 통해 뇌로 보내진다.이 경로의 일부가 손상되면 실명이 발생할 수 있습니다.

시각 장애는 광학 경로의 손상으로 인해 발생할 수 있습니다(각추, 수액, 결정체, 유리체.이것은 사고나 질병의 결과로 일어날 수 있다.광수용체 손실에 이어 실명을 초래하는 두 가지 가장 흔한 망막 퇴행성 질환은 연령 관련 황반변성(AMD)과 색소성 망막염(RP)이다.

영구 이식된 망막 보철물의 첫 임상 실험은 3500개의 [9]요소를 가진 수동형 마이크로 포토다이오드 어레이를 가진 장치였다.이 시험은 2000년에 Optobionics, Inc.에서 실시되었습니다.2002년 Second Sight Medical Products, Inc.(Sylmar, CA)는 16개의 전극이 있는 시제품 후두엽 임플란트를 사용하여 시험을 시작했습니다.실험대상은 RP보다 2차적인 맨라이트 인식을 가진 6명이었다.실험 대상자들은 확률보다 통계적으로 높은 수준에서 세 가지 일반적인 물체(접시, 컵, 나이프)를 구별할 수 있는 능력을 보여주었다.레티나 임플란트 GMbH(독일 로이틀링겐)가 개발한 활성 망막하 장치는 2006년 임상시험을 시작했다.1500개의 마이크로포토다이오드를 가진 IC가 망막 아래에 이식되었다.마이크로포토다이오드는 [10]포토다이오드에 입사하는 빛의 양에 근거해 전류 펄스를 변조하는 역할을 합니다.

시각 보철물 개발을 위한 중요한 실험 작업은 큰 표면 전극의 그리드를 사용한 피질 자극에 의해 수행되었다.1968년 자일스 브린들리는 52세의 시각장애인 여성의 시각피질 표면에 80개의 전극 장치를 이식했다.자극의 결과로 환자는 시야의 [11]40개 위치에서 포스페인을 볼 수 있었다.이 실험은 이식된 전기 자극 장치가 시력을 어느 정도 회복시킬 수 있다는 것을 보여주었다.시각피질 보형물에 대한 최근의 노력은 인간이 아닌 영장류에서 시각피질 자극의 효과를 평가해 왔다.이 실험에서는 훈련과 지도 제작 과정을 거친 후 원숭이는 빛과 전기 자극을 모두 사용하여 동일한 시각적 작업을 수행할 수 있습니다.

고해상도 망막 보형물에 대한 요건은 장치의 혜택을 받을 시각장애인의 요구와 욕구를 따라야 한다.이러한 환자와의 상호작용은 지팡이가 없는 이동성, 얼굴 인식 및 판독이 주요 필수 기능임을 [12]나타낸다.

완전히 기능하는 시각적 보형물의 결과와 의미는 흥미롭다.그러나 도전은 심각하다.양질의 화상을 망막에 매핑하기 위해서는 다수의 마이크로스케일 전극 어레이가 필요하다.또, 화질은, 무선 링크를 개입시켜 송신할 수 있는 정보의 양에 의해서도 다릅니다.또한 이 많은 양의 정보는 조직을 손상시킬 수 있는 전력 소모 없이 임플란트에 의해 수신되고 처리되어야 합니다.임플란트의 크기 또한 큰 관심사이다.모든 임플란트는 최소 [12]침습이 선호될 것이다.

이 새로운 기술로, Drexel의 Karen Moxon, SUNY의 John Chapin, 그리고 Duke 대학의 Miguel Nicolelis를 포함한 몇몇 과학자들은 정교한 시각 보철물의 디자인에 대한 연구를 시작했습니다.다른 과학자들은[who?] 인구 밀도가 높은 현미경 와이어의 기초 연구와 설계가 진행하기에 충분히 정교하지 않다고 주장하면서 연구의 초점에 동의하지 않았다.

청각 보철물

주요 기사 : 달팽이관 이식 및 청각 뇌간 이식

(음성 수신용)

달팽이관 이식(CI), 청각 뇌간 이식(ABI), 청각 중뇌 이식(AMI)은 청각 보형물의 세 가지 주요 범주이다.CI전극 어레이는 달팽이관에 주입되고, ABI전극 어레이는 뇌간 하부 달팽이관 핵복합체를 자극하며, AMI는 하등 콜로큘러스 내 청각뉴런을 자극한다.달팽이관 이식술은 이 세 가지 범주 중에서 매우 성공적이었다.오늘날 Advanced Bionics Corporation, Cochlear Corporation 및 Med-El Corporation은 달팽이관 이식물의 주요 상업적 공급자입니다.

소리를 증폭시켜 외이로 보내는 기존의 보청기와는 달리 달팽이관 이식술은 소리를 획득하고 처리한 후 청각 신경에 전달하기 위한 전기에너지로 변환한다.CI 시스템의 마이크는 외부 환경으로부터 음성을 수신해 프로세서로 송신합니다.프로세서는 사운드를 디지털화하여 개별 주파수 대역으로 필터링하여 달팽이관 내의 적절한 톤토닉 영역에 송신하고, 그 주파수에 거의 대응합니다.

1957년 프랑스 연구원 A.Djourno와 C.D의 도움을 받아 아이리스.Kayser는 인간 [13]피험자의 청각신경을 직접 자극하는 것에 대한 첫 번째 상세한 설명을 제공했다.개인들은 시뮬레이션 중에 꽥꽥거리는 소리를 들었다고 설명했다.1972년, 성인 최초의 휴대용 달팽이관 이식 시스템이 하우스 이어 클리닉에 이식되었다.미국 식품의약국(FDA)은 1984년 [14]11월 하우스-3M 달팽이관 이식물의 판매를 공식 승인했다.

달팽이관 이식물의 성능 향상은 이식물 자극의 물리적, 생물학적 한계를 이해하는 것뿐만 아니라 뇌의 패턴 처리 요구 사항을 이해하는 것에 달려 있습니다.현대 신호 처리는 뇌에 필요한 패턴 인식 정보를 제공하는 동시에 가장 중요한 음성 정보를 나타냅니다.뇌의 패턴 인식은 언어에서 중요한 특징을 식별하는데 알고리즘 전처리보다 더 효과적이다.청각 [15]보철물의 성능을 극대화하기 위해 기술의 적절한 균형을 만들기 위해 공학, 신호 처리, 생물 물리학, 인지 신경 과학의 조합이 필요했다.

달팽이관 이식술은 선천적으로 청각장애 아동의 언어 발달을 가능하게 하기 위해 사용되었으며, 초기 이식술에서 주목할 만한 성공을 거두었다. (생명에 [16]도달하기 전))에서 주목할 만한 성공을 거두었다.전 세계적으로 약 8만 명의 아이들이 이식되었다.

청력 향상을 위해 동시 전기 음향 자극(EAS)을 결합하는 개념은 1999년 [17]독일 프랑크푸르트 대학의 C. von Ilberg와 J. Kiefer에 의해 처음 설명되었다.같은 해에 첫 EAS 환자가 이식되었다.2000년대 초부터 FDA는 Cochlear Corporation의 "Hybrid"라고 불리는 장치의 임상 실험에 관여해 왔습니다.이 시험은 남은 저주파 청력 환자의 달팽이관 이식술의 유용성을 검사하는 것을 목적으로 한다."하이브리드"는 표준 달팽이관 이식물보다 짧은 전극을 사용합니다. 전극이 짧기 때문에 달팽이관의 바질 영역과 고주파 색소 영역을 자극합니다.이론적으로 이러한 장치는 음성 주파수 범위에서 지각이 상실되어 식별 점수가 [18]낮아진 상당한 저주파 잔류 청력 환자에게 도움이 될 것이다.

소리 생성에 대해서는 음성 합성을 참조하십시오.

통증 완화를 위한 보철물

주요 기사: 척수 자극기

SCS(척추 코드 자극기) 장치에는 전극과 제너레이터의 두 가지 주요 구성 요소가 있습니다.신경성 통증에 대한 SCS의 기술적 목표는 통증 [19]완화를 위해 필요하지만 충분하지 않기 때문에 "예감각"으로 알려진 자극 유도 따끔거림으로 환자의 통증 영역을 가리는 것이다.예민한 감각의 범위는 어떤 구심 신경이 자극을 받느냐에 따라 달라집니다.척수의 근 표면에 가까운 배측 정중선 전극에 의해 가장 쉽게 포섭되는 것은 큰 배측 기둥 구심체이며, 이 구심체들은 넓은 선명한 피복 세그먼트를 형성한다.

고대에는 전기유전 어류가 통증을 가라앉히는 충격제로 사용되었다.치료사들은 두통을 포함한 다양한 종류의 고통을 치료하기 위해 물고기의 생성 특성을 이용하기 위해 구체적이고 상세한 기술을 개발했다.살아있는 충격 발생기를 사용하는 것이 어색하기 때문에 적절한 시간 동안 대상에게 치료를 전달하기 위해서는 상당한 수준의 기술이 요구되었습니다.(물고기를 최대한 오래 살려두는 것 포함) 전기 진통제는 최초의 고의적인 전기 사용이었다.19세기까지, 대부분의 서양 의사들은 환자들에게 휴대용 [20]발전기를 통해 전기 치료를 제공했습니다.그러나 1960년대 중반에는 전기 자극의 미래를 보장하기 위해 세 가지가 수렴되었다.

  1. 1950년에 시작된 심장박동조절기 기술을 이용할 수 있게 되었다.
  2. 멜작과 월은 통증의 게이트 제어 이론을 발표했는데, 이는 통증의 전달이 큰 구심성 [21]섬유의 자극에 의해 차단될 수 있다고 제안했다.
  3. 선구적인 의사들은 신경계를 자극하여 환자의 고통을 덜어주는 것에 관심을 갖게 되었다.

전극의 설계 옵션에는 전극의 크기, 모양, 배열, 개수 및 접점의 할당과 전극의 이식 방법이 포함됩니다.펄스 발생기의 설계 옵션에는 전원, 대상 해부학적 배치 위치, 전류 또는 전압 소스, 펄스 속도, 펄스 폭 및 독립 채널 수가 포함됩니다.프로그래밍 옵션은 매우 다양합니다(4접점 전극은 50개의 기능적 양극 조합을 제공합니다).현재 장치는 컴퓨터화된 장비를 사용하여 최적의 사용 방법을 찾습니다.이 재프로그래밍 옵션은 자세 변화, 전극 이동, 통증 위치 변화 및 최적의 전극 [22]배치를 보상합니다.

모터 보철물

자율신경계의 기능을 지원하는 장치에는 방광 조절용 임플란트가 포함된다.체신경계에서 움직임의 의식적인 제어를 돕기 위한 시도에는 기능적 전기 자극과 요추 전방근부 자극기가 포함된다.

방광 제어 삽입물

주요 기사 : 천근 전근 자극제

척수병변으로 하반신이 마비되면 방광을 비우는 것이 어려워 감염을 일으킬 수 있다.1969년부터 Brindley는 천골 전방 뿌리 자극기를 개발했고 1980년대 [23]초반부터 성공적인 인체 실험을 했다.이 장치는 척수의 천골 전방 뿌리 신경절 위에 이식됩니다. 외부 송신기에 의해 제어되며, 방광 배설을 개선하는 간헐적인 자극을 전달합니다.그것은 또한 배변을 돕고 남성 환자들이 지속적인 완전한 발기를 할 수 있게 해준다.

천골 신경 자극의 관련 절차는 정상 환자의 [24]요실금 조절을 위한 것이다.

움직임을 의식적으로 제어하는 모터 보철물

주요 기사: Brain-Computer 인터페이스

연구자들은 현재 사지마비증이나 근위축성 측삭경화증 같은 운동장애인들에게 운동과 외부와의 소통 능력을 회복시키는 데 도움을 줄 운동신경 동토증을 연구하고 있다.연구 결과 선조체는 운동 감각 학습에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.이는 실험용 쥐의 선조체 발사율을 연속적으로 측정한 실험에서 입증됐다.

뇌에서 나오는 전기 신호를 포착하기 위해, 과학자들은 얇은 케이블을 통해 기록된 정보를 변환하여 전기 활동을 기록하기 위해 두개골에 심을 수 있는 평방 센티미터보다 작은 마이크로 전극 어레이를 개발했다.원숭이에 대한 수십 년간의 연구 후에, 신경 과학자들은 신경 신호를 움직임으로 해독할 수 있었다.번역을 완료하면서 연구자들은 환자들이 컴퓨터 커서를 움직일 수 있는 인터페이스를 만들었고, 그들은 환자들이 움직임에 대해 생각함으로써 조종할 수 있는 로봇 팔다리 및 외골격을 만들기 시작했습니다.

운동신경 동토층의 기술은 아직 걸음마 단계에 있다.조사자와 연구 참여자들은 보형물을 사용하는 다양한 방법으로 실험을 계속하고 있다.예를 들어, 환자가 주먹을 쥐는 것에 대해 생각하게 하는 것은 손가락을 두드리는 것에 대해 생각하게 하는 것과는 다른 결과를 낳는다.보형물에 사용되는 필터도 미세 조정되고 있으며, 앞으로 의사들은 케이블을 사용하는 것이 아니라 두개골 내부에서 무선으로 신호를 전송할 수 있는 임플란트를 만들 수 있기를 희망하고 있다.

이러한 발전 이전에, 필립 케네디(에모리 & 조지아 공대)는 마비된 개인이 뇌 활동을 조절함으로써 단어의 철자를 쓸 수 있게 해주는 다소 원시적인 시스템을 가지고 있었다.케네디의 장치는 두 개의 신경영양 전극을 사용했는데, 첫 번째 전극은 온전한 운동 피질 영역(예: 손가락 표현 영역)에 이식되어 문자 그룹 사이에서 커서를 이동하는 데 사용되었습니다.두 번째는 다른 운동 영역에 이식되어 선택을 [25]나타내기 위해 사용되었습니다.

상실한 팔을 흉골근육에 정상적으로 연결된 신경을 사용하여 사이버네틱 치환으로 대체하는 발전은 계속되고 있다.이 팔들은 약간 제한된 움직임 범위를 허용하며, 보도에 따르면 압력과 [26]온도를 감지하는 센서가 장착될 예정이다.

시카고 노스웨스턴 대학 재활 연구소의 토드 쿠이켄 박사는 절단 수술을 받은 사람이 전동 보철 장치를 제어하고 감각 피드백을 되찾기 위해 표적 재신경이라고 불리는 방법을 개발했습니다.

2002년 브라인게이트의 센서 부분을 형성하는 100개의 전극의 다중 전극 배열이 과학자 케빈 워릭의 중앙 신경 섬유에 직접 이식되었다.기록된 신호는 워릭의 동료인 피터 카이버드가 개발한 로봇 팔을 제어하는 데 사용되었고 워릭 자신의 [27]팔의 동작을 흉내 낼 수 있었다.또한, 작은 전류를 신경에 전달함으로써 임플란트를 통해 감각 피드백의 형태가 제공되었습니다.이것은 손의 첫 번째 내강근육의 수축을 일으켰고,[27] 이러한 움직임이 감지되었다.

2014년 6월, 하반신 마비 선수인 줄리아노 핀토는 2014 FIFA 월드컵에서 뇌 인터페이스가 [28]있는 동력 외골격을 사용하여 첫 킥을 선보였다.외골격은 브라질 [28]정부의 자금 지원을 받아 미겔 니콜리스의 연구실에서 워크 어게인 프로젝트에 의해 개발되었다.니콜리스는 균형 [29]유지를 위해 대체 사지의 피드백이 필요하다고 말한다.그는 사람들이 뇌 인터페이스에 의해 조종되는 팔다리가 그렇게 하도록 명령을 내리는 동시에 움직이는 것을 볼 수 있는 한, 뇌는 외부의 힘을 받는 팔다리를 흡수하고 몸의 [29]일부로 인식하기 시작할 것이라는 것을 알아냈다.

절단 기술

MIT 바이오메카트로닉스 그룹은 생물학적 근육과 근전기 보형물이 높은 신뢰성과 신경적으로 상호 작용할 수 있는 새로운 절단 패러다임을 설계했습니다.작용제-안타고니스트 근신경 인터페이스(AMI)라고 불리는 이 수술 패러다임은 단순히 부속지를 닮은 보철물을 사용하는 것이 아니라 자신의 몸의 연장으로서 의족을 감지하고 제어할 수 있는 능력을 사용자에게 제공한다.정상적인 작용제-항작용제 근육쌍 관계(예를 들어 이두근-트리세프)에서는 작용제 근육이 수축하면 길항제 근육이 늘어나며, 그 반대도 마찬가지이며, 쳐다볼 필요 없이 팔다리 위치를 알 수 있다.표준 절단 중 작용제-항체근(예를 들어 이두근-삼두근)은 서로 격리되어 감각 피드백을 생성하는 동적 수축 확장 메커니즘을 갖는 것을 방지한다.따라서 현재 절단 수술을 받고 있는 사람들은 의족이 마주치는 신체적인 환경을 느낄 방법이 없다.게다가 200년 이상 지속된 절단수술로 환자의 3분의 1이 그루터기 통증으로 수정수술을 받고 있다.

AMI는 원래 작용제-안타고니스트 관계를 공유하는 두 개의 근육으로 구성됩니다.절단 수술 동안, 이 두 근육은 절단된 [30]그루터기 안에서 기계적으로 연결되어 있다.복수의 보철관절의 제어와 감각을 확립하기 위해 환자의 관절 자유도별로 하나의 AMI 근육쌍을 생성할 수 있다.이 새로운 신경 인터페이스의 예비 테스트에서 AMI를 가진 환자들은 보철물에 대한 더 나은 통제력을 입증하고 보고했습니다.또한, 전통적인 [31]절단술을 받은 피실험자에 비해 계단 보행 중 보다 자연스러운 반사적 행동이 관찰되었다.AMI는 또한 2개의 혈관 제거된 근육 이식편의 조합을 통해 구성될 수 있다.이 근육 이식(또는 플랩)은 [30]절단해야 할 사지에서 발견된 절단된 신경에 의해 재신경되기 위해 몸의 한 부분에서 탈수되고 제거되는 예비 근육이다.재생근육 플랩을 사용함으로써 극심한 위축이나 손상을 경험한 근육 조직 환자 또는 신경종 통증, 뼈 박리 등과 같은 이유로 절단된 사지를 수정 중인 환자에게 AMI를 생성할 수 있다.

장애물

수학적 모델링

통상적인 생물학적 시냅스 [32][33]신호를 모방하는 보철물을 설계하기 위해서는 교환되는 정상적으로 기능하는 조직의 비선형 입출력(I/O) 파라미터의 정확한 특성화가 무엇보다 중요하다.이러한 신호의 수학적 모델링은 "뉴런과 그 시냅스 연결을 구성하는 세포/분자 메커니즘에 내재된 비선형 역학 때문에"[34][35][36] 복잡한 작업이다.거의 모든 뇌 뉴런의 출력은 어떤 시냅스 후 입력이 활성화되고 어떤 순서로 입력이 수신되는지에 따라 달라집니다.(각각 특성 및 시간 특성).[37]

I/O 파라미터를 수학적으로 모델링하면 집적회로는 일반적인 생체신호를 모방하도록 설계됩니다.보철물이 정상 조직처럼 작동하려면, 그것은 변형이라고 알려진 과정인 입력 신호를 정상 조직과 같은 방식으로 처리해야 합니다.

크기

이식 가능한 장치는 뇌에 직접 이식되려면 매우 작아야 합니다. 대략 1/4 크기입니다.마이크로 이식 가능한 전극 어레이의 예 중 하나는 유타 [38]어레이입니다.

무선 제어 장치는 두개골 외부에 장착할 수 있으며 호출기보다 작아야 합니다.

소비전력

소비전력이 배터리 크기를 좌우합니다.삽입 회로를 최적화하면 전력 수요를 줄일 수 있습니다.현재 이식된 장치에는 온보드 전원이 필요합니다.배터리가 방전되면 장치를 교체하기 위한 수술이 필요합니다.배터리 수명이 길어지면 배터리 교체에 필요한 수술이 줄어듭니다.수술이나 전선 없이 임플란트 배터리를 충전하는 데 사용할 수 있는 한 가지 방법은 전동 [39]칫솔에 사용되는 것이다.이러한 장치는 유도 충전을 사용하여 배터리를 충전합니다.또 다른 전략은 무선 주파수 식별 태그와 같이 전자기 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것입니다.

생체 적합성

인지 보형물은 뇌에 직접 이식되기 때문에 생체적합성은 극복해야 할 매우 중요한 장애물이다.장치의 하우징에 사용되는 재료, 전극 재료(예: 산화[40] 이리듐) 및 전극 절연재를 장기 이식용으로 선택해야 합니다.표준 적용 대상: ISO 14708-3 2008-11-15, 수술용 임플란트 - 능동형 임플란트 의료기기 Part 3: 임플란트형 신경 자극제.

혈액-뇌 장벽을 넘으면 면역 반응을 일으킬 수 있는 병원균이나 다른 물질이 유입될 수 있습니다.뇌는 몸의 다른 부분의 면역 체계와 다르게 작용하는 그들만의 면역 체계를 가지고 있다.

data 전송

무선전송은 일상생활에서 개인의 신경신호를 지속적으로 기록할 수 있도록 개발되고 있다.이를 통해 의사와 임상의는 더 많은 데이터를 캡처할 수 있으며, 간질 발작과 같은 단기적 사건들을 기록할 수 있어 신경 질환의 치료와 특성화를 개선할 수 있습니다.

스탠포드 [41]대학에서 영장류의 뇌 뉴런을 지속적으로 기록할 수 있는 작고 가벼운 장치가 개발되었습니다.이 기술은 또한 신경과학자들이 실험실의 통제된 환경 밖에서 뇌를 연구할 수 있게 해준다.

신경 보철물과 외부 시스템 간의 데이터 전송 방법은 견고하고 안전해야 합니다.무선 뉴럴 임플란트는 다른 IT 시스템과 동일한 사이버 보안 취약성을 가질 수 있으며, 이로 인해 신경 보안이라는 용어가 생겨났습니다.신경 보안 침해는 의료 사생활 침해로 간주될 수 있습니다.

올바른 이식

장치의 삽입은 많은 문제를 일으킨다.먼저 올바른 시냅스 전 입력을 디바이스의 올바른 시냅스 후 입력에 배선해야 합니다.둘째, 장치의 출력은 원하는 조직을 정확하게 겨냥해야 합니다.셋째, 뇌는 이식을 사용하는 방법을 배워야 한다.뇌의 가소성에 관한 다양한 연구들은 이것이 적절한 동기 부여로 고안된 운동을 통해 가능할 수 있다는 것을 암시한다.

관련된 테크놀로지

로컬 필드 가능성

LFP(Local Field Potentials)는 조직의 볼륨 내 모든 수지상 시냅스 활성의 합과 관련된 전기생리학 신호입니다.최근의 연구는 목표와 기대치가 신경 인지 [42]보형물에 사용될 수 있는 높은 수준의 인지 기능임을 시사한다.또한, 라이스 대학의 과학자들은 나노 입자가 부착되어 있는 표면에 약간의 변화를 주어 나노 입자의 빛에 의한 진동을 조절하는 새로운 방법을 발견했다.이 대학에 따르면, 이 발견은 분자 감지에서 무선 통신에 이르기까지 광자의 새로운 응용으로 이어질 수 있다.그들은 금 나노디스크의 원자를 [43]진동시키기 위해 초고속 레이저 펄스를 사용했다.

자동 가동 전기 프로브

극복해야 할 장애물 중 하나는 전극의 장기 이식이다.물리적인 충격에 의해 전극이 움직이거나 전극의 위치에 따라 뇌가 움직이면 전극이 서로 다른 신경을 기록할 수 있습니다.최적의 신호를 유지하기 위해서는 전극에 대한 조정이 필요합니다.멀티 전극 어레이를 개별적으로 조정하는 것은 매우 지루하고 시간이 많이 걸리는 프로세스입니다.전극을 자동으로 조절하는 기술을 개발하면 이 문제가 완화됩니다.Anderson의 그룹은 현재 Yu-Chong Tai의 연구실 및 Burdick 연구소와 공동으로 전기분해 기반의 액튜에이터를 사용하여 만성적으로 이식된 [44]전극 배열의 전극을 독립적으로 조절하는 시스템을 만들고 있습니다.

이미징된 안내 수술 기법

영상 유도 수술은 뇌 [42]이식물의 위치를 정확하게 결정하기 위해 사용된다.

「 」를 참조해 주세요.

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외부 링크

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