האבולוציה של ערפיליות: מ-one-Mode ועד ל- Multi-Functional Probes

בדיקות נילי משמשות גשר קריטי בין מכשירים אלקטרוניים לבין הרשת המורכבת של המוח של נוירונים.במשך עשרות שנים, חוקרים ומרפאות נשענים על כלים נפרדים לשתי משימות בסיסיות: הקלטה של פעילות חשמלית של נוירונים ומגרה אזורים במוח ספציפיים עם הדופק חשמלי.גישה בינארית זו הטילה מגבלות משמעותיות של בדיקות הקלטות יכול ללכוד את הלחישות של המוח, בעוד שחוקרים מעוררים יכולות לספק פקודות - אבל הם לא יכולים לעשות זאת בזמן אמתי תיבות של תפקוד עצביים של תאים עצביים חדשים, אשר נמצאים בתוך מערכת העצבים הגרסאות של תאים עצביים, אשר נועדו לשלב את אותם, אשר נועדו לשלב את אותם, רקמות, רקמות, רקמות, רקמות, רקמות, תוך כדי טיפולית, תוך כדי טיפולית, עם תכונות טיפולית, עם יכולת טיפולית, עם תפקוד עצביות, עם תאים עצביות, עם יכולת טיפולית, עם יכולת טיפולית, עם תפקוד עצביות, עם תפקוד עצביות, עם תפקוד עצביות, עם תפקוד עצביות למחצה, עם תפקוד עצביות, תוך כדי טיפולית, באופן קבועות למחצה, עם תפקוד עצביות, עם תפקוד עצביות, תוך כדי טיפולית, תוך כדי טיפולית, עם תכונות טיפולית, אשר מופעלות, תוך כדי טיפולית, אשר מופעלות למחצה, עם תפקוד

הקפיצה המושגית מ- חד-פעמי לבדיקות מרובות-תפקודיות היא אנלוגיה לשדרג ממיקרופון פשוט לרמקול ומיקרופון משולב, שיכול גם להקשיב ולהשפעה על שיחה. במדעי המוח, הדואליות הזו חיונית עבור מערכות סגורות-לופ - שבו אותות שנרשמו מודיעים גירוי מדויק בזמן אמת.מערכות כאלה מחזיקות את ההבטחה של טיפולים מתאימים יותר ומותאמים אישית, הרבה מעבר לעיצובים פתוחים של דורות קודמים.

עקרונות עיצוב יסודות ומדעים חומריים

אפשרות ביולוגית כ-Corstonestone

ההצלחה של כל בדיקה עצבית מותשת על ביו-תחרותיות שלה.המוח הוא סביבה רגישה מאוד, וכל אובייקט זר גורם תגובה חיסונית המבוססת על סיליקון מסורתי, תוך מתן תכונות חשמליות מצוינות, לעתים קרובות elicit glial צלקות ודלקת, מחלחלת איכות אותות קשיחה לאורך זמן.

מעבר לגמישות, החוקרים הם משטחים הנדסיים אשר מתנגדים באופן פעיל למודעות חלבונים ודבקות תאים.קאטינגס מבוסס על פוליתילן גליקול (PEG), פולימרים פולימרים פולימרים, או הידרוגליקים עוזרים ליצור ממשק "שחית" כי המערכת החיסונית מתעלמת במידה רבה.בנוסף, שילוב של גורמים עצביים או מולקולות אנטי דלקתיות לתוך הציפוי יכול לקדם שילוב בריא עם נוירונים.

חומרים להתנהלות וליציבות

כדי להשיג הן להקליט והן גירוי, הבדיקה חייבת להכיל אלמנטים מוליכים שיכולים לשדר אותות עצביים נמוכים-אמפליטונים ולספק הדופקים הגירויים הנוכחיים יותר ללא דהרדינג.פלטינום, תחמוצת ליריד, וזהב היו אפשרויות מסורתיות עבור microelectrodes, אבל ההתקדמות האחרונה nanomaterials הרחיבו את ערכת הכלים. nanotubes, גרפן, ומוליכים פולימרים (למשל, ®, ®, תכונות אלקטרו-מדומים יותר לכיסוי גבוה יותר, לכיסוי עצמי) לכיסוי גבוה יותר של חומר נפץ יותר, לכיסוי עצמי - יותר - גירויים יעילים יותר - יותר של חומר נפץ - גירויים יעילים יותר - nanopS) צמיגים יותר של חומר נפץ יותר - יותר - יותר - יותר - יותר - תכונות אלקטרו-מדומים יותר של חומר נפץ יעיל יותר - יותר - יותר - יותר של חומר נפץ - יותר יעיל יותר - גירוי עצמי יעיל יותר יעיל יותר - תכונות אלקטרו-מדומים יותר יעיל יותר - תכונות יעילות יותר - יותר - גירוי עצמי - גירוי עצמי - יותר יעיל יותר יעיל יותר יעיל יותר יעיל יותר יעיל יותר יעיל יותר של חומר נפץ - מאשר תכונות אלקטרו-מדומים יותר של חומר נפץ - מאשר צמיגים יעיל יותר יעיל יותר - מאשר צמיגים משופרות יותר יעיל יותר - 000 - 000 -

שיקול חומרי קריטי נוסף הוא ה- interconnect wiring. as Testings לדחוס עשרות או אפילו מאות ערוצים, העקבות המוליכים חייבות להישאר אמינים מאוד, בעוד עם עלות חוזרות ונשנות ו- torsion. Methods כגון דפוס ליתרפי על תת-שכבות גמישות והשימוש בסגסוגת מתכת נוזלית (למשל, סגסוגת גליום דומטי) הם כדי ליצור קשרים בין-מסובכים המקיפים המקיפים העלולים לתחזקים תחת מתח מכני.

שילובים ושילוב מערכת

Microelectrode Arrays for High-Density Recording

רכיב ההקלטה של מחקר רב תפקודי מורכב מערכי מיקרואלקטרוניקה (MEAs) המצטברים במיקרומטר לקשקשים תת-מיקרומטר. אלקטרודות אלה לזהות פוטנציאל פעולה חוץ סלולרי (spikes) ופוטנציאלי שדה מקומיים מאוכלוסיות של נוירונים.הדחיסות של אלקטרודות גדלה באופן דרמטי, מכמה אתרים בגרסאות מוקדמות לאלפים על בדיקות מודרניות כגון נוירופקסלייט (Ricix) לעתים קרובות מאפשר מיפוי חשמלי של גירויים רבים, אך לעתים קרובות.

אתרי בידוד ומשלוח חיוב

אתרי סטימציה על בדיקה לספק הדופק החשמלי מבוקר כדי להרגש או לעכב פעילות עצבית.העיצוב של אתרים אלה חייב לאזן מספר גורמים: תשלום על שלב, רוחב הדופק, תדירות, וצורה גלפורטיבית. מטען מוגזם יכול להזיק רקמות או corrode אלקטרודות. בדיקות מודרניות להשתמש במשט כימי או מטען מאוזן-מאוזן כדי למזער הזריקה נטו ולהפחית את הנזק האלקטרוכימי בדרך כלל הם גדולים יותר מאשר חומרים אלקטרו-דלקתיים או כיסוי כהה יותר, כמו מצופה חומצה שחורה.

על שבבים ותהליכי אותות

אלקטרוניקה פעילה ישירות על סף החקירה או הבסיס הוא חידוש מפתח המאפשר הפעלה בו זמנית. מעגלים משולבים אלה (ICs) לבצע מספר משימות: הדגימה וסינון של אותות עצביים, המרה אנלוגית לדיגיטלית (ADC), גל גלפורציה גלפורציה גלית גירוי, ותקשורת עם אותות חומרה חיצונית.

עיצוב גמיש ועיצוב מכני

האדריכלות המכנית של בדיקה משפיעה הן על הפונקציונליות שלה והן על יכולת ארוכת טווח שלה.בדיקות סיליקון קשיחות מוקדמות סבלו ממודוליו של יאנג גבוה (כ 170 GPa) בהשוואה לרקמות המוח (1-10 kPa), המוביל לדלקת כרונית.בדיקות גמישות, עם Moduli ב MPa ל- GPa כדי להשתמש בפולימרים, להפחית באופן דרמטי את הצורה של החקירה הוא גם כן: שימוש גמיש באסטרטגיות של חומרת במוח.

יישומים Spanning Neuroscience ו- Clinical Therapies

סגור-Loop Deep Brain Stimulation (DBS)

אחת האפליקציות הקליניות המבטיחות ביותר של בדיקות מרובות פונקציונליות היא גירוי מוחי עמוק loop.Open-loop DBS עבור מחלת פרקינסון מספקת גירוי קבוע, בלתי פוסק לגרעין התת-פילמי או גלובוס שיתוק, אשר יכול להוביל לתופעות לוואי או אובדן יעילות לאורך זמן. עם בדיקות המסוגלות להקליט פעילות עצבית מאותו אזור, המערכת יכולה לזהות את דפוסי הזמן המוקדמים (Ficial) ולהתאים את ההשפעות של תפקודן של זמן (psydexicial) ואפקטים).

ממשקי המוח (BMIs)

בדיקות מרובות תפקודיות הן בלב של ממשקי המוח הדור הבא של המוח-מכונה.עבור אנשים עם שיתוק או אובדן גוף, בדיקות מושתלות ב ⁇ מוטורי יכול להקליט פעילות עצבית הקשורה לכוונות, לפענח אותו לשלוט על זרוע רובוטית או מחשב ⁇ , ובמקביל לספק משוב חושי באמצעות מיקרו-רגיש של קליפת המוח הזו.

Mapping and Modulation of Neural Circuits in Basic Research

במדעי המוח היסודיים, היכולת להקליט ולגרות בו זמנית היא בלתי נסבלת עבור דינמיקת מעגלים מתפוררים. חוקרים יכולים לעורר אוכלוסייה מסוימת presynaptic ולהקליט את התגובה הפוסט-סימטרית בזמן אמת, מיפוי קישוריות פונקציונלית עם דיוק רב-תפקודי (Ricial Testing) אשר ניתן היה לשפר את התפקיד של נוירונים בתופעות לוואי של osciulativestotic, ה-togation של פעילות אלקטרו-Fidicialrto-of 20, 000) ושינויים זיכרון אופטיקוגניטיביים ממוקדים (למשל, גירוי אופטיקוגני זיכרון אופטיקוגניטיבי) ו-Ricial) אשר ניתן להשתמש ב 20, 000 של זיכרון אופטימיזציה של זיכרון אופטימיזציה אופטיקוגני זיכרון אופטיקוגניטיבית של 20, 000) ו-Ricial) ו-Ricial של זיכרון (Ricial) ו-Ricial) כדי לשנות את תפקוד המוח (Ricial) ו-Ricial) על ידי גירויים של זיכרון (Ricial של זיכרון עבור גירוי של 20, 000 תגובה של זיכרון עבור גירויים של זיכרון של זיכרון של 20, 000) ו-Ricial של זיכרון עבור גירויים של זיכרון אופטימיזציה אופטיקוגניציה אופטיקוגניבהבולטי

טיפול בהפרעות אפיזוטיות והפרעות נוירולוגיות אחרות

נוירומודולציה סגורה באמצעות בדיקות מרובות פונקציונליות נחקרת גם עבור אפילפסיה.על ידי הקלטה מתמדת פעילות עצבית, מערכת יכולה לזהות את תחילת ההתקפים (המוכרים על ידי הפרשות ספייק קצביות וגלימות גל) ולספק גירוי חשמלי די זמן בדיוק כדי לשחזר את ההתקפים האנושיים המוקדמים עם מכשירים כגון מערכת NeuroPace RNS הראו ירידה של ביצועים מתקדמים יותר ויותר.

אתגרים בפיתוח ותרגום

זמינות ביולוגית ארוכת טווח ויציבות

למרות התקדמות ניכרת, היציבות ארוכת הטווח של בדיקות מרובות פונקציונליות נשאר מכשול ראשוני.אפילו בדיקות גמישות יכולות לגרום תגובה גוף זר במשך חודשים שנים, מה שמוביל להפחתה ברקמות הצלקות השבריריות המגבירות את החסימה ולהפחית את איכות ההקלטה. יתר על כן, אלקטרודות עצמם יכולים להידרדר באמצעות קורוזיה או דמדומים של ציפויים תחת חוקרים רוגיים חוזרים הם לחקור חומרים חדשים כמו סגסוגת פחמן, כמו גם חומרים מתקדמים, כמו גם חומרים מתקדמים, כמו גם חומרים כמו פחמן, כמו גם חומרים מתקדמים, כמו גם חומרים מתקדמים, כמו גם חומרים מתקדמים, כמו גם חומרים מסגסוגת פחמן, כמו גם על ידי גירוי פחמן, כמו גם על ידי גירוי גרעינים, כמו גם על ידי גירוי גרעינים, כמו גם על ידי גירוי, כמו גם על ידי גירוי, כמו גם על ידי גירוי גרעיני.

ניהול מינימלי ו-Thermal Management

ככל שמספר הערוצים על עלייה בבדיקה, כך גם המורכבות של המעגלים המשולבים הנדרשים.לצמצם את המעגלים האלה תוך שמירה על צריכת חשמל נמוכה היא אתגר הנדסי משמעותי.דור חום מוגזם על ידי IC או זרם הגירוי יכול להעלות את הטמפרטורה של רקמות מעל רמות בטוחות (הגבול המקובל בדרך כלל הוא 1 מעלות צלזיוס עלייה) אסטרטגיות ניהול תרמיל כוללות רכיבה על גירוי, יעילות, ושימוש בחומרים עם מוליכות תרמית גבוהה כדי להפיץ נתונים לשימוש.

עיבוד נתונים ב-Intuth and Real-Time

הקלטה סימולטנית ממאות או אלפי ערוצים מייצרת זרמי נתונים עצומים.ליישומים סגורים, נתונים אלה חייבים להיות מעובדים ולפעול על בתוך מילימטרים.ספיציפי זמן בזמן אמת, מיצוי תכונה, וקבלת החלטות דורשים או חזק על חישוב שבב או על נטיות נמוכה, קישורים אלחוטיים גבוהים המופעלים בתרכובות תעשייתיות, מדעיות, רפואיות ורפואה בינוניות (ISM) אך יכולים להתמודד עם קצבי לייזר אלחוטיות נוספות.

שיקולים תקינים ומוסריים

תרגומים של בדיקות מרובות פונקציונליות מהמעבדה לפרקטיקה קלינית דורשות מסלולים רגולטוריים קפדניים.מכשירים המשלבים הקלטה וגירוי מסווגים כמכשירים רפואיים מותשים פעילים (AIMDs) בתחומים שיפוטיים רבים, הדורשים ניסויים בטיחותיים ויעילות נרחבים.הדאגות אתיות מתעוררות גם סביב הפוטנציאל של שימוש לרעה בשיפור יכולות קוגניטיביות או למעקב חשאי.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

אינטגרציה אופטית: Optoelectrodes ו Optrodes

הרחבה טבעית של פרדיגמת הרב-תפקודית היא שילוב של רכיבים אופטיים לצד אלה חשמליים.אופטוגניים משתמש אור כדי להפעיל או לעכב נוירונים מהונדסים גנטית.שלב משלוח אור עם הקלטה חשמלית - במכשירים הנקראים Optrodes - מאפשר מניפולציות של מילישניות-precision וקריאה של פעילות עצבית.אחרונה כוללים שימוש במערךי מיקרו-LED המשולבים ישירות על גבי ה-RRADRRAD ו-GRAGRAGRAGRAGRAL כי זוג מקורות חיצוניים זה כבר מאפשר זיהוי חיצוני של אבטחה.

Soft, Biodegradable Probes

עבור יישומים הדורשים רק ניטור זמני או גירוי (כגון במהלך ההתאוששות לאחר ניתוח כירורגי), בדיקות ביו-דיד שניתן להשתמש כדי ליצור בדיקות הפועלות במשך ימים עד שבועות ולאחר מכן resorb בבטחה. חומרים כגון משייברין, מגנזיום וננומברנס סיליקון ניתן להשתמש כדי ליצור בדיקות הפועלות במשך ימים עד שבועות ולאחר מכן resorb.זה נמנע מהסיכונים הקשורים לניתוח השתלה ותגובה חיצונית.

High-Channel-Countural Dust ו-WiFiual Sensors

גישה עתידנית נוספת היא מושג "אבק עצבי": צמתים זעירים, מתפתלים ללא תשלום שמתקשרים אלחוטיים עם עובר מרכזי מושתל מתחת הקרקפת.כל מנטה אבק מכיל הקלטה או גירוי אלקטרודה, גביש אדזואלקטרי לקצירת חשמל, ומודולטור להעברת נתונים.

Machine Learning for Adaptive Closed-Loop control

הסגמנטציה הגוברת של אלגוריתמי למידת מכונה הופכת את האופן שבו אותות עצביים רשומים מתפרשים ומשמשים לשליטה בגירוי. רשתות עצביות עמוקות יכולות לפענח כוונות תנועה מורכבות מפעילות האוכלוסייה, לחזות את הופעת ההתקפים, או ליצור פרמטרים גירוי שמתאימים לשינויים במדינות המוח.

מסקנה

הפיתוח של בדיקות עצביות רב תפקודיות עבור הקלטה וגאורגיה סימולטנית מייצג התכנסות אמיתית של חומרים מדע, מיקרו-תזונה משולבת, עיצוב מעגלים משולב, ונוירו-מדעית אלה עברו מעבר למעבדה והם מתחילים להפוך את התרגול הקליני, במיוחד בתחומים של גירוי עמוק במוח, ממשקי מוח-מכונה, ותגובה של גירוי לאפילפסיה, בעוד אתגרים משמעותיים נשארים - במיוחד בטווח הארוך, טיפול בנתונים של זיהוי פיזיקלי-ה, עם יכולת בדיקה יעילה יותר, עם יכולת בדיקה מהירה יותר של הגוף, אך ורק עם יכולת בדיקה מהירה יותר, עם יכולת בדיקה גופנית, עם שיפורית של להעמיק את רמת יכולת בדיקה יעילה יותר עם שיפורית של החידושים של להעמיק את רמת הדיוק של החידושים של נתונים של נתונים של הגוף שלנו, אך ורק עם יכולת ניטור גבוהה יותר, עם יכולת בדיקה יעילה יותר, עם יכולת בדיקה מחדש של נתונים של נתונים של החידושים של החידושים של החידושים של הגוף שלנו, עם יכולת ניטור גבוהה יותר, עם יכולת ניטור גבוהה יותר עם יכולת בדיקה גופנית, עם יכולת ניטור גבוהה יותר עם יכולת ניטור וזיהוי, עם שיפור יעילה יותר, אך ורק עם יכולת בדיקה גופנית, עם שיפור יעילה יותר עם שיפור יעיל יותר, עם יכולת ניטור גבוהה יותר, עם יכולת ניטור גבוהה יותר, אך ורק עם שיפור יעילה