Neural Interfaces'in gelişimi Görsel ve Auditory Fonksiyonlar

Bridging Biyoloji ve Teknoloji: Sensör Restorasyon için Neural Interfaces Evrimi

Görme kaybı veya yaşamın kalitesini derinden etkiler, sinirsel bağımsızlık, iletişim ve dünyaya erişim. On yıllardır, bu sistemlerdeki bireyler için daha önce bilim kurgularına sınırlı olan şekillerdeki yardımcı cihazlar için seçenekler. Ancak, görsel ve denetçi fonksiyonların hızlı ilerlemesi, temel ilkeleri ve sinir sistemi arasındaki doğrudan bir bağlantı oluşturmakta, bu sistemler ve sinir sistemi ile bu sistemler, daha önce delilik fonksiyonunun kısıtlanması amaçlanmıştır.

Neural Interfaces'leri Anlayın: Vakıf

Neural arabirimler – aynı zamanda beyin-bilgisayar arayüzleri (BCIs) veya sinir yapıları - beyin veya periferik sinir sinyallerinden kayıt olan cihazlar veya sinirsel dokuyu duyumsal veya hareketten kaçmak için teşvik eder. sensör restorasyon için, kritik bir işlev uyarıda bulunur: uygun elektriksel yapılarına ışık algılarını yeniden oluşturmak için uygun bir elektrotiğe dönüştürür, form, ses veya konuşma. Bu sistemler üç temel bileşenden oluşur: bir sensör (örneğin, bir kamera veya mikrofon), bir işlemci, sensörlü girişin, bir elektrotiğe dönüşmesine bağlıdır.

Geri bildirim: Retina Chips'ten Kortical İmplantlara

Görsel sinir arabirimleri görsel yol boyunca hasarlı veya üretilen yapıları atmalıdır - beyindeki görsel işleme merkezleri gibi koşullarda sıklıkla retinayı. İki birincil yaklaşım ortaya çıktı: yol kenarındaki ön uçları ele alan retina implantları ve doğrudan beyin görsel işleme merkezleri gibi koşullardan kaynaklanan kortik implantlar.

Retina İmplantları: Surviving Hücrelerinin Doğrudan Stimülasyonu

Retina implantları en klinik olarak gelişmiş görsel nöroprostezdir. Bu cihazlar, retina yüzeyinde veya subretinal alanda gösterilen mikropartiküller içinde, Argus II (şimdi durduruldu ama tarihsel olarak önemli) veya PRIMA (Pixium Vision), implantasyona bağlı olarak kullanılan ve yüksek çözünürlükteki 20 farklı değişkenli hücreli diskole birlikte yapılan bir video işlemciden oluşur.

Anahtar sınırlamaları, geleneksel sağlıklı retina hücrelerinin ihtiyacının - tam fotoreceptor kaybı olan hastalar ancak içsel retina adaylardır. Ek olarak, görsel alan genellikle küçük ve algılar tahıl ve düşük çözünürlüklü kalır.Mevcut araştırma, elektrot sayısını artırmak ( binlerce elektrotoksisiteyi hedef alır), daha iyi olan retinal curvature.

Cortical Visual Prosthes: Göz Entirely

Optik sinir veya retina olan bireyler, makul şekilde hasar görmüş, kortical implantlar, Orion sistemi (İkinci Sight) veya Kortical Visual Prosthesis projesinde 1960'larda ve 70'lerde elektrik uyarılarının yerelleştirilmiş morftozlar ürettiğini gösterdiler.

Kortical uyarı ile olan meydan okuma, kortektifin karmaşıklığı ile ilgili olarak çok geniş bir şekilde ortaya çıkan görsel alanın temsil edilmesidir.Seks veya nonintended feelings (e.g.g., göz hareketi hissi, ağrı).Kolenik çalışmaların gösterimi, 2020'de araştırmacılara büyük bir dönüm noktası olan araştırmalarda meydana gelen mikroptik implantlar veya optik komplikeli optikler ile daha karmaşık ve karmaşık bir uyarılar ile birlikte ortaya çıkmaktadır.

Tekrar işitme: Cochlear ve Auditory Beyinlertem İmplant

Auditory sinir arabirimleri olağanüstü klinik başarı elde etti, kochlear implantı tarihte en yaygın olarak kabul edilen nöroprostez oldu. Bu cihazlar dünya çapında yüzlerce insan için ses ve konuşma için geri döndü.

Cochlear Implants: The Gold Standard

Cochlear implantlar (CIs), komlektif sinir hücrelerinin optimizasyonudur, sonra beyin ve denetçi korteksine sinyalleri gönderir ve elektrotlar, kochlea tympani'ye dayanan farklı frekans grubu temsil eder.

Klinik sonuçlar yaygın olarak değişir, ancak genellikle mükemmel. Posta-lingually sağır yetişkinler genellikle sessiz ortamlarda konuşma anlayışlarını artırırlar (bunda birçok kişi telefon konuşmaları gerçekleştirebilir.Çocuklar implante edilen kulakta işitmeye daha önce implante edilir (genellikle yaş koruma cerrahisi geliştirmek), ve müzikal implantasyonu doğru şekilde iletme becerisine sahiptir.İletişimİletişim[Dönetici sistemler ve ikili sistemlerde daha fazla dahil), implante edilebilir bir araştırma kriteri ve doğrulama yöntemlerine sahiptir.

Auditory Brainstem İmplantlar: Non-Cochlear Adaylar için

Auditory beyintem implantları (ABIs) denetçi sinirlerin işe yaradığı veya işlevsel olmayanlar tarafından kullanılır - Stimulation, iki (NF2), karşılıklı vestibular schwannoma’lar ile daha kötü sonuçlar verir. Çoğu ABI elektrot, çevresel ses farkındalığına ve dudak hazırlayıcı yardımlara yerleştirilir, ancak sadece Avrupa'nın en yakın zamanda incelenen elektrotları araştırır.

ABI sonuçlarını geliştirmek bir önceliktir çünkü denetçi sinir hasarı olan birçok hasta CIs. Advanced elektrode tasarımlarından yararlanamaz, hayvan modellerinden haberdar olan uyarı stratejileri ve yerleştirmeyi optimize etmek için intraoperatif izleme geliştirilmektedir. ”ŞUDÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜye Olmayan Görüşler[DÜye Olmayanlar)

Common Challenges Across Sensöry Neural Interfaces

Başarılara rağmen, önemli engeller sinir arayüzlerini daha etkili, dayanıklı ve yaygın olarak erişilebilir hale getirmeye devam ediyor.

Biocompatability ve Long-Term Stability

Implanted elektrotlar bağışıklık tepkisini tetikleyen yabancı organlardır. Beyin veya retinada, glial hücreler elektrotları rahatlatır, aylar boyunca uyarı ve uyarı verimliliğini azaltır. Kronik inflamasyonu sinirsel dokuyu azaltabilir ve elektrotsal formasyonlar geliştirir.

Signal Çözümü ve Encoding

Doğal sensör algılamayı optimize etmek yüksek çözünürlüklü uyarı gerektirir.For vision, binlerce eşzamanlı fosfor, bir eşleyici görüntü oluşturmak için gereklidir - şu anda sistemler sadece bu algılama için, yer-pitch ve zaman zaman boyu iyi yapı, elektrik akımının sayısı ile sınırlıdır.Geçmiş devreleri artırmak için aşağıdaki gibi: yüksek çözünürlükte mikropiyonel analizleri kullanarak, gerçek sinir uyarıları artırmak için gerçek sinir uyarıları artırmak için.

Cerrahi ve Pratik Bakışlar

İmplantasyon cerrahisi riskleri taşır: enfeksiyon, kanama, nöbetleri çevreleyen hasar (kok kanaması, kortical hemorrhage), ve cihaz göçü. Retina implant cerrahisi hassas, sık sık vitrektomi ve kesin elektrot yerleştirme gerektirir. Kortical implantlar beyin yüzeyine nüfuz eder, nöbetçi ve intrakran kanamaları riski ile.

Maliyet ve Accessability

Neural arabirimleri pahalıdır. Bir kochlear implant sistemi (takım artı cerrahi artı rehabilitasyon) dünya çapında 100.000 $ 100,000 $ Retina implantlar benzer şekilde fiyatlandı. Sigorta kapsamı geniş ölçüde değişir ve düşük kaynak ayarları erişim eksikliği. Üretim maliyetlerini azaltır, gelişmekte olan modüler sistemler ve eğitim cerrahi takımları küresel olarak güvenli bir şekilde köprüyü köprüyü köprülemek için gereklidir.

Gelişen Sınırlar ve Gelecek Yollar

Alan, önümüzdeki on yıl boyunca sensör restorasyonda umut verici dramatik gelişmeler hızla ilerliyor.

Optogenetik ve Chemogenetik

Elektrik uyarıları yerine, optogenetikler, yüksek zamanlı hassas ve hücre tipi ile ifade edilen hafif hassas proteinler kullanıyor. A virüsü, elektrik uyarılarının geri kalanını veya kortical nöronları geri almak için afizleyici bir deneyi veriyor.

Yapay Zeka ve Kapalı-Loop Sistemleri

Makine öğrenimi, sinir arabirimlerinin nasıl ve kodlanan bilgileri dönüştürmektedir. Görsel prosthes için, derin sinir ağları kamera girişi analiz edebilir ve sinir yanıtlarını vurgulayan uyarı kalıpları oluşturabilir (örneğin, yüzler, engeller, metin).Kolear implantlar için, AI tabanlı konuşma işlemcileri gürültülü ortamlara adapte edilebilir, elektrot sistemleri bastırırken konuşma ayarlarını artırabilir ve diğer kurumlarda yapılan uyarı dosyaların ardından uyarıları optimize eder.

Miniaturization and Wireless Technology

Future sinir arabirimleri daha küçük, daha enerji verimli ve tamamen kablosuz olacaktır. Entegre devreler, mikroelectrodes ve enerji hasat (örneğin, indüktif darbe veya ultrason) dışsal olmayan yüzeylerde (her zaman göz içip) tamamen kontrol edilebilir.Indy kablosuz sensörler ve stimulators, UC Berkeley ve Stanford'da araştırmacılar tarafından takip edilebilir.

Kombinasyon ve Multimodal Entegrasyon

Bazı bireyler hem vizyonu hem de işitme kaybı vardır. Geliştiriciler, bir kochlear implantından gelen bir denetçilik-işitsel implantlar keşfederler – beyinin tekrarlama yeteneklerinin tipik olarak başka bir süreçten elde edilmesi için kullanılır. Örneğin, bir görsel prostez, denetçilik girişi ile birlikte entegre eden bir koklear implant, geliştirme ve farkındalık sağlayabilir. Multimodal geri bildirim (örneğin, tactile, denetçi, görsel)

Etik düşünceler ve Societal Etkisi

Sinir arayüzleri daha yetenekli hale gelirken, etik sorular ortaya çıkar.Bu yaşam boyu süren teknolojilere kim erişimli? FDA'nın uzun vadeli riskleri ve gelişmiş beyinlerde kronik uyarılar nelerdir? henüz onaylanmamış çocuklara implantlar sunmalıyız?Enhancing skills of the normal sensöry Restoration (e.g., "sürekli insan" vizyonu veya işitme) etik ilkelere ilişkin endişeler, insan testlerine ilişkin etik kurallar geliştirir.

Sonuç: Sensör Restorasyon için Yeni Bir Çağ

Görme ve işitme için sinir arabirimlerinin gelişimi, teorik olarak klinik gerçeklik için teorik bir olasılıktan hareket etti. Cochlear implantlar zaten milyonlarca yaşamını değiştirdi ve bu boşluğu kapatmak için bir sonraki cihazlar rudimentary vizyonu sağlıyor.Ancak, mevcut yeteneklerin ve tam doğal sensörlü onarımın boşlukları büyük ölçüde iyi olmaya devam ediyor.