普羅維登斯，羅德島 [布朗大學(xué)]——通過將小電脈沖直接傳送到大腦，深部腦刺激 (DBS) 可以緩解與帕金森病相關(guān)的顫抖或幫助緩解慢性疼痛。該技術(shù)適用于許多患者，但研究人員希望通過增加感知大腦活動并相應(yīng)地適應(yīng)刺激的能力來制造更智能的 DBS 設(shè)備。
現(xiàn)在，布朗大學(xué)生物工程師開發(fā)的一種新算法可能是朝著這種自適應(yīng) DBS 邁出的重要一步。該算法消除了一個(gè)關(guān)鍵障礙，該障礙使 DBS 系統(tǒng)難以在提供刺激的同時(shí)感知大腦信號。
“我們知道大腦中存在與疾病狀態(tài)相關(guān)的電信號，我們希望能夠記錄這些信號并使用它們自動調(diào)整神經(jīng)調(diào)節(jié)療法，”布朗大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授大衛(wèi)博頓說。和描述該算法的研究的通訊作者。“問題在于刺激會產(chǎn)生電子偽影，破壞我們試圖記錄的信號。所以我們開發(fā)了一種識別和去除這些偽影的方法，所以剩下的就是來自大腦的感興趣的信號。”
該研究發(fā)表在《細(xì)胞報(bào)告方法》雜志上。這項(xiàng)工作由博士 Nicole Provenza 共同領(lǐng)導(dǎo)。在布朗大學(xué) Borton 實(shí)驗(yàn)室工作的候選人，以及博士 Evan Dastin-van Rijn。明尼蘇達(dá)大學(xué)的學(xué)生，他在布朗大學(xué)讀本科時(shí)參與了該項(xiàng)目，由博頓和應(yīng)用數(shù)學(xué)副教授馬修哈里森提供指導(dǎo)。Borton 的實(shí)驗(yàn)室隸屬于布朗卡尼腦科學(xué)研究所。
DBS 系統(tǒng)通常由植入大腦的電極組成，該電極連接到植入胸部的類似起搏器的設(shè)備。電脈沖以一致的頻率傳送，這是由醫(yī)生設(shè)定的。刺激頻率可以隨著疾病狀態(tài)的變化而調(diào)整，但這必須由醫(yī)生手動完成。如果設(shè)備能夠感知疾病的生物標(biāo)志物并自動做出反應(yīng)，它可能會導(dǎo)致更有效的 DBS 治療，并且副作用可能更少。
研究人員說，有幾個(gè)因素導(dǎo)致難以同時(shí)感知和刺激。一方面，刺激偽影的頻率特征有時(shí)會與研究人員想要檢測的大腦信號的頻率特征重疊。因此，僅僅切除頻率帶以消除偽影也可能消除重要信號。為了消除偽影并保持其他數(shù)據(jù)不變，需要識別偽影的確切波形，這帶來了另一個(gè)問題。植入的大腦傳感器通常設(shè)計(jì)為以最低功率運(yùn)行，因此傳感器采樣電信號的速率導(dǎo)致數(shù)據(jù)分辨率相當(dāng)?shù)汀Ｓ萌绱说头直媛实臄?shù)據(jù)準(zhǔn)確識別偽影波形是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
為了解決這個(gè)問題，研究人員想出了一種將低分辨率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高分辨率波形圖片的方法。盡管傳感器不收集高分辨率數(shù)據(jù)，但隨著時(shí)間的推移，它們確實(shí)會收集大量數(shù)據(jù)。使用一些巧妙的數(shù)學(xué)方法，布朗團(tuán)隊(duì)找到了一種方法，可以將數(shù)據(jù)位拼湊成一個(gè)高分辨率的偽像波形圖片。
標(biāo)簽： 深部腦刺激
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