Panduan
Baru-baru ini, para insinyur di University of California, Berkeley mengembangkan jenis neurostimulator baru. Ini dapat secara bersamaan mendengarkan dan merangsang arus di otak, dan diharapkan dapat memberikan pengobatan yang diatur dengan baik untuk orang yang menderita penyakit neurologis seperti epilepsi dan penyakit Parkinson.Latar Belakang
Sistem saraf adalah sistem yang paling kompleks dalam struktur dan fungsi tubuh manusia, yang tersusun dari sel-sel saraf dan berperan utama dalam tubuh. Di bawah pengaturan sistem saraf, fungsi berbagai organ dan sistem dalam tubuh manusia dan berbagai proses fisiologis dapat berinteraksi, mempengaruhi, dan bekerja sama secara erat untuk mewujudkan dan memelihara aktivitas kehidupan normal.
Namun, beberapa penyakit juga terjadi pada sistem saraf, seperti epilepsi, penyakit Parkinson, penyakit Alzheimer (pikun), IQ rendah, penurunan neurologis, hiperaktif, dll.
Untuk mendeteksi dan mengobati penyakit saraf, selain beberapa terapi konvensional, teknologi inovatif juga memberi kita harapan baru. Penulis telah memperkenalkan beberapa kasus terkait, seperti:
(1) Para peneliti di King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) telah mengembangkan sensor fleksibel dan murah yang dapat mendiagnosis dan mengobati penyakit otak dengan lebih aman dan efektif.
(Sumber gambar: Universitas Sains dan Teknologi Raja Abdullah)
(2) Insinyur di University of California, Berkeley telah mengembangkan neurostimulator yang paling kecil dan paling efisien sejauh ini yang dapat diisi daya secara nirkabel oleh ultrasound. Teknologi ini membawa peluang baru untuk pengobatan serangkaian penyakit.
(Sumber gambar: Rikky Muller)
(3) Sekelompok peneliti dari University of California, Riverside mengembangkan implan tengkorak yang terbuat dari bahan keramik untuk membantu dokter mengirimkan ultrasonografi ke otak dan menggunakan ultrasonografi dengan lebih baik untuk mengobati penyakit otak.
(Sumber gambar: UCR)
(4) Para peneliti dari Universitas Teknologi Eindhoven di Belanda telah mengembangkan gelang pintar berteknologi tinggi yang dapat mendeteksi tingkat kejang parah sebesar 85%, yang secara signifikan lebih baik daripada teknologi lain yang ada.
(Sumber gambar: LivAssured)
Inovasi
Hari ini, kasus baru yang ingin saya perkenalkan kepada Anda juga merupakan teknologi inovatif untuk mengobati penyakit saraf Penelitian inovatif ini juga datang dari University of California, Berkeley.
Baru-baru ini, para insinyur di University of California, Berkeley mengembangkan jenis neurostimulator baru. Ini dapat secara bersamaan mendengarkan dan merangsang arus di otak, dan diharapkan dapat memberikan pengobatan yang diatur dengan baik untuk orang yang menderita penyakit neurologis seperti epilepsi dan penyakit Parkinson.
Sebuah studi yang diterbitkan dalam jurnal Nature Biomedical Engineering pada 31 Desember 2018 menjelaskan tentang perangkat tersebut.
teknologi
Perangkat tersebut dinamakan "WAND" dan bekerja seperti "alat pacu otak", yang dapat memantau aktivitas listrik otak dan melakukan stimulasi listrik saat ditemukan masalah.
Di bawah berbagai kondisi neurologis, perangkat ini sangat efektif dalam mencegah tremor atau kejang yang melemahkan. Namun, sebelum kejang atau tremor, sinyal listrik yang muncul sangat lemah, dan frekuensi serta intensitas rangsangan listrik yang diperlukan untuk mencegah penyakit ini sama sensitifnya. Secara umum, dibutuhkan beberapa tahun bagi dokter untuk membuat penyesuaian yang baik sebelum mereka dapat memberikan perawatan terbaik kepada pasien.
WAND adalah singkatan dari "perangkat neuromodulasi bebas artefak nirkabel". Artinya, begitu ia belajar mengenali tanda-tanda tremor atau kejang, ia bisa menyesuaikan parameter rangsangannya sendiri untuk mencegah gerakan yang mengganggu. Dan karena ini adalah loop tertutup (artinya dapat menyebarkan stimulasi dan perekaman secara bersamaan), parameter ini dapat disesuaikan secara real time.
Arsitektur sistem WAND (sumber gambar: referensi [2])
Rikky Muller, Asisten Profesor di Departemen Teknik Elektro dan Ilmu Komputer di Universitas California, Berkeley, mengatakan: "Proses menemukan pengobatan yang tepat untuk pasien sangat mahal dan memakan waktu beberapa tahun. Menurunkan biaya dan mempersingkat waktu diharapkan akan sangat meningkatkan hasil dan aksesibilitas. . Kami ingin perangkat ini menemukan metode terbaik untuk diberikan kepada pasien tertentu guna mendapatkan hasil terbaik. Untuk mencapai tujuan ini, Anda hanya dapat mendengarkan dan merekam sinyal saraf. "
Dibandingkan dengan 8 saluran sistem loop tertutup lainnya, WAND dapat merekam aktivitas listrik 128 saluran (128 titik di otak). Untuk mendemonstrasikan perangkat tersebut, tim menggunakan WAND untuk mengidentifikasi dan menunda gerakan lengan spesifik monyet rhesus.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini: Pada perangkat yang diusulkan, dua chip baru disematkan di sasis yang terletak di luar kepala. Setiap chip dapat memantau aktivitas listrik di otak melalui 64 elektroda dan secara bersamaan melepaskan rangsangan listrik untuk mencegah kejang dan tremor yang mengganggu.
(Sumber gambar: Rikky Muller, University of California, Berkeley)
Secara simultan merangsang dan merekam sinyal listrik di otak, misalnya mengamati riak-riak kecil di kolam, dan pada saat yang sama menginjak kolam untuk memercikkan ombak. Dengan kata lain, sinyal listrik yang lebih kecil dari otak akan tertutup oleh sinyal listrik yang lebih besar yang dilepaskan oleh rangsangan.
Saat ini, stimulator otak dalam akan berhenti merekam saat rangsangan listrik dilepaskan, atau merekam di bagian otak yang berbeda dari tempat rangsangan diterapkan, yang pada dasarnya mengukur riak kecil yang disebabkan oleh menginjak air di berbagai titik di kolam.
Para peneliti dari Cortera Neurotechnologies, dipimpin oleh Rikky Muller, merancang sirkuit terintegrasi khusus WAND yang dapat merekam sinyal lengkap dari gelombang otak yang lemah dan pulsa listrik yang kuat. Desain chip ini memungkinkan WAND untuk menghilangkan sinyal dari pulsa listrik, sehingga mendapatkan sinyal yang bersih dari gelombang otak.
(Sumber gambar: Rikky Muller, University of California, Berkeley)
Sirkuit terintegrasi khusus WAND (Sumber gambar: Rikky Muller, University of California, Berkeley)
Setelah disetel, peralatan yang ada hanya dapat digunakan untuk merekam sinyal dari gelombang otak yang lebih kecil, dan sinyal ini ditutupi oleh pulsa stimulasi yang lebih besar, sehingga mustahil untuk merekonstruksi sinyal tersebut.
Muller berkata: "Karena kita sebenarnya dapat merangsang dan merekam di area otak yang sama, kita dapat secara akurat memahami apa yang terjadi saat kita merawat."
Dengan kerja sama Jan Rabaey, seorang profesor di Departemen Teknik Elektro dan Ilmu Komputer, tim membangun perangkat platform dengan fungsi komputasi loop tertutup dan nirkabel, yang dapat diprogram untuk serangkaian penelitian dan aplikasi klinis.
Dalam percobaan yang dipimpin oleh Samantha Santacruz, mantan asisten peneliti postdoctoral di University of California, Berkeley dan asisten profesor di University of Texas di Austin, dan Jose Carmena, profesor teknik elektro dan ilmu komputer, subjek diajarkan menggunakan joystick untuk menggerakkan kursor. Raih posisi tertentu. Setelah periode pelatihan, perangkat WAND dapat mendeteksi sinyal saraf yang dihasilkan oleh subjek yang bersiap untuk melakukan tindakan, dan melepaskan rangsangan untuk menunda tindakan.
Muller berkata: "Meskipun waktu reaksi tertunda telah didemonstrasikan sebelumnya, sejauh yang kami tahu, ini adalah pertama kalinya telah didemonstrasikan hanya dalam sistem loop tertutup berdasarkan perekaman saraf."
nilai
Santacruz berkata: Untuk memberikan terapi berdasarkan stimulasi loop tertutup (terapi ini merupakan tujuan besar bagi orang untuk mengobati penyakit Parkinson, epilepsi, dan serangkaian penyakit neurologis), sangat penting untuk menyinkronkan perekaman dan stimulasi saraf. Tidak ada perangkat komersial tunggal yang dapat melakukan ini. "
masa depan
Muller berkata: "Di masa depan, tujuan kami adalah menambahkan fungsi pembelajaran ke platform loop tertutup kami untuk membuat perangkat pintar yang dapat mengetahui cara memberikan perawatan terbaik kepada Anda tanpa sering diintervensi oleh dokter dalam proses ini."
Kata kunci
Sistem saraf, medis, chipReferensi
[1] https://news.berkeley.edu/2018/12/31/wireless-pacemaker-for-the-brain-could-be-new-standard-treatment-for-neurological-disorders/
[2]
- Seberapa sulit bagi Chaoshanese dengan nama keluarga Ma untuk berubah dari pekerja pencuci piring menjadi bos perusahaan India, berpenghasilan dari 9.000 menjadi 10 miliar?
- Apakah Iran dirasuki oleh tim sepak bola nasional? 5 orang berdiri "konyol" dan menyaksikan para pemain Jepang bangkit dan memberikan bola mematikan
- Perangkat elektronik masa depan: Penelitian Spintronics akan menghadirkan mekanisme hemat energi baru!
- Pengetahuan ikan tua 0,4 detik adalah kesalahan Popovich? Orang tua itu tidak dapat mengingat pot ini!
- Audi terlebih dahulu meluncurkan Q5L baru, 2.0T dalam 6,3 detik per 100 kilometer, dengan harga mulai kurang dari 400.000
- Menghasilkan 1 juta yuan di tahun pertama bisnisnya, dan sepuluh tahun kemudian, menjadi perusahaan asing pertama yang terdaftar di Korea Selatan