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- BCI2000로 가상 커서 움직임을위한 EEG 기반 뇌 - 컴퓨터 인터페이스를 사용하여
- Compartmentalizing 마이크로 유체 장치와 라이브 세포 이미징을 사용하여 암 줄기 세포 마이그레이션 평가
- 단일 유닛 활동과 Electrocorticographic 신호를 녹음하기 위해 만성 신경 전극 외과 이식
- 신경 인터페이스 전압 바이어스, 순환 Voltammetry, & 전기 임피던스 분광학
Other Publications (31)
- IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering : a Publication of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
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- Conference Proceedings : ... Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Conference
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Articles by Justin C. Williams in JoVE
JoVE General
BCI2000로 가상 커서 움직임을위한 EEG 기반 뇌 - 컴퓨터 인터페이스를 사용하여
1Department of Biomedical Engineering, University of Wisconsin-Madison, 2Wadsworth Center, New York State Dept. of Health
이 비디오에서는, 우리는 뇌파 뚜껑을 설정하는 시스템을 보정하고, 사용자가 상상 움직임을 사용하여 2 차원에 커서를 이동하는 훈련을 포함한 뇌 - 컴퓨터 인터페이스 실험을 실행하는 데 필요한 단계를 보여줍니다.
JoVE Clinical and Translational Medicine
Compartmentalizing 마이크로 유체 장치와 라이브 세포 이미징을 사용하여 암 줄기 세포 마이그레이션 평가
1Department of Biomedical Engineering, University of Wisconsin-Madison, 2Materials Science Program, University of Wisconsin-Madison, 3Department of Neurological Surgery, University of Wisconsin-Madison, 4Carbone Comprehensive Cancer Center and Center for Stem Cell and Regenerative Medicine, University of Wisconsin-Madison
암 줄기 세포 이주를 조사하기위한 compartmentalizing 마이크로 유체 장치가 설명되어 있습니다. 이 소설 플랫폼은 가능한 세포 microenvironment를 생성 및 라이브 세포 운동의 미세 시각화 할 수 있습니다. 높은 운동성 암 세포는 잠재적으로보다 효과적인 미래의 치료로 이어지는 공격적인 침투 분자 메커니즘을 공부 절연되어 있습니다.
JoVE Neuroscience
단일 유닛 활동과 Electrocorticographic 신호를 녹음하기 위해 만성 신경 전극 외과 이식
1Biomedical Engineering, University of Michigan, 2Biomedical Engineering, University of Wisconsin-Madison, 3NeuroNexus Technologies
우리는 만성 신경 기록 전극을 이온 주입하는 과정을 배우고있는 외과의에 대한 유용한 정보를 제공합니다. 관통 및 표면 양쪽 전극 시스템을위한 기술은 쥐 동물 모델에 설명되어 있습니다.
JoVE Neuroscience
신경 인터페이스 전압 바이어스, 순환 Voltammetry, & 전기 임피던스 분광학
1Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, 2Biomedical Engineering, University of Wisconsin-Madison, 3Biomedical Engineering, University of Michigan, 4Department of Biological Sciences, Purdue University
신경 기록 전극의 전극 - 조직 인터페이스는 전기 임피던스 분광법 (EIS)과 순환의 voltammetry (CV)로 특성화 할 수 있습니다. 전압 변화에게 전극 - 조직 인터페이스의 전기 특성을 바이어스 및 향상시킬 수있는 녹음 기능의 응용. 전압 바이어스, EIS, CV, 그리고 신경 녹음 보완 있습니다.
Other articles by Justin C. Williams on PubMed
실리콘 기판의 대뇌 피 질에서 신경 스파이크 활동 장기 기록에 대 한 Intracortical Microelectrode 배열
이 연구 조사 대뇌 피 질에 기록 하는 만성 단위 평면, 실리콘 기판 microelectrodes 사용 합니다. 16 채널 microelectrodes 각 칼 4 녹음 사이트와 4 개의 관통 정강이 이루어져 있었다. 만성 전극 어셈블리 통합된 실리콘 리본 케이블 및 매몰 커넥터 포함. 6 쥐의 연속 시리즈 5/6 (83%) 이식된 microelectrodes의 기능 28 주 이상 남아 있는 이식 (66%)의 4 6 주 이상 신경 스파이크 활동 기록. 각 동물에 전극 사이트의 80% 이상이 수술 후 기간 동안 연속 녹음 세션에 걸쳐 스파이크 활동을 기록 했다. 이러한 결과 추가 의료 응용 프로그램에 대 한 intracortical 신경 임 플 란 트 시스템에 대 한 전극 시스템 개발을 지원 하기 위해 성능 기준을 제공 합니다.
대뇌 피 질에 이식 하는 실리콘 기판 Microelectrode 어레이 사용 하 여 만성 신경 녹음
대뇌 피 질의 무생물의 개발의 중요 한 측면은 만성 신경 녹음을 위해 적합 한 이식 microelectrode 배열 향상. 이 연구의 목표는 실리콘 기판 micromachined 프로브 안정성 및 신호 품질의 녹음 성능을 조사 했다. 이 프로브는 일관 되 고 안정적으로 최대 127 일 지속 시간의 연장된 기간 동안 높은 수준의 스파이크 녹음 제공을 발견 했다. 14 이식된 프로브 포함 10 설치류의 연속 시리즈 13/14 (93%)는 소자의 평가 기간에 걸쳐 기능적 남아 있었다. 검색 사이트의 90% 이상 지속적으로 진폭 및 파형 기준 차별에 대 한 충분 한 신호 대 잡음 비율 스파이크 활동 기록. 프로브를 일반적으로 주변 조직의 조직학 분석 표시 지속적인된 전기 접점에 대 한 충분 한 안정적인 인터페이스의 개발. 이 연구의 결과이 평면 실리콘 프로브 대뇌 피 질에 기록 하는 장기에 적합 한 인 간에 있는 사용을 위한 microscale intracortical 신경 인터페이스에 대 한 효과적인 플랫폼 기술 토대를 제공 보여줍니다.
통합된 Microelectrode 배열과 Microfluidics 문화 감각 뉴런의 온도 클램프에 대 한
세포 배양을 위한 장치는 MEMS 기술 및 액체 상 사진 평판 영향 및 전기 세포 활동을 기록 하는 미세 칩을 만들 결합 하 여 제공 됩니다. 멀티 채널 microelectrode 어레이 위에 photopolymer 채널 네트워크 형성. 예선 결과 전극 배열 미세 채널 내에서 성공적인 로컬 열 제어 및 제어의 lamina 위치 표시. 이러한 장치, 성인의 생물학 응용 프로그램을 지 루트 신경 절 신경 열에 민감한 세포 subpopulation와 전극 배열에 연결 된 연결. 류를 사용 하 여 신경 세포의 로컬 온도의 동적 제어 상수 화학 문화 매체를 유지 하는 동안 달성 했다. 예상된 변경 된 휴대 전화 활동을 기록 통합된 장치 성공을 확인 합니다.
세포 외 환경 체 외 신경 녹음 시스템에서의 동적 제어
기법 다채널 생체 외에서 신경 기록 전극 어레이 위에 미세 채널의 빠른 제작을 위해 제공 됩니다. 채널 생물학 관련 timescales 이상 배열, 지역화 된 영역을 통해 모두 안정적이 고 일시적인 흐름 패턴의 동적 제어를 수 있습니다. 열에 민감한 지 루트 신경 절 신경 세포로 구성 된 세포 모델 장치에 통합 했다. 장치는 개별 셀의 세포 외 microenvironment 배열에 정밀 하 게 제어를 설명 하기 위해 사용 되었다. 여기에 제시 된 방법을 특정 셀 형식 또는 신경 녹음 시스템 이후 방법은 의무가 다양 한 신경 과학 분야 내 응용 프로그램입니다.
다중 사이트 없이 생리 활성 매트릭스의 MEMS 기반 신경 프로브에
메서드는 배열 내 삽입형 microelectrode 마이크로 조작에 생리 활성 매트릭스 폴리머 기반 통합 제공 됩니다. 간단한 기법을 사용 하 여, 생리 활성 분자 들어갈 hydrogels 소자의 기판에 웰 스 내 입금 됩니다. 이 메서드는 장치의 공간을 늘리지 않고 로컬 약물 전달을 수 있습니다. 또한, 각 잘 로드할 수 있습니다 개별적으로 이식된 신경 인터페이스 프로브 microenvironment에서 보급 그라디언트를 통해 공간 및 시간 제어를 허용 합니다. 다음 확인 vivo에서 테스트: 생리 활성 분자의 확산, 신경 목표와 세포 외 전극 근처를 사용 하 여 녹음 동시 생리 활성 분자의 통합. 이 결과 microelectrode 정강이 주변 지역에 생리 활성 분자를 전달 하기 위해 폴리머 젤 사용의 타당성을 지원 합니다. Microdrug 배달에 대 한이 기술은 영구적으로 이식된 microelectrode 배열에 neuroinflammatory 조직 반응의 초기 단계와 개입 하는 수단으로 제공할 수 있다.
신경 조직과 이식된 Microelectrode 배열 간에 그대로 인터페이스의 시각화
마이크로 스케일 간의 즉각적인 인터페이스에서 상호 작용을 평가 하기 위한 연구 선물 immunohistochemical 전략이 염증 성 astrogliotic 반응 하는 동안 장치와 주변 뇌 조직에 이식 합니다. 여기에 준비, 현미경 검사 법 및 분석 기술 (MEMS) 장치 신경 세포 및 삽입형 마이크로 전자 기계 시스템의 표면 사이 친밀 한 접촉의 이미지를 얻기 위해 포함 됩니다. 사이는 임 플 란 트와 주변 조직을 그대로 인터페이스를 시각화 하는 능력 연구자를 네이티브 이식된 상태에서 변경 되지 않은 조직 검사를 수 있습니다. 반대로, 현재 인기 있는 기술 포함는 임 플 란 트를 제거. 이 임 플 란 트를 즉시 주변 조직에 손상을 하는 경향이 있고 하나의 조직에서 임 플 란 트의 제거에서 발생 하는 물리적 손상 대 임 플 란 트에 선 동적인 응답을 차별 하는 능력을 방해할 수 있는. 현미경 검사 법 및 얼룩이 지는 기술 발전으로 인해 이제 그대로 조직 이식 인터페이스를 시각화 수입니다. 이 종이 선물 신경 조직이 이식된 장치 간에 그대로 인터페이스를 시각화 하는 이미징 기술 개발을 한다. 이것은 특히 보 철 시스템의 장기적인 사용 하기 위한 장치를 둘 다 급성과 만성 neuroinflammatory 응답을 이해 하는 데 중요 하다입니다. 비 기능, unbonded 장치 체 외 및 다양 한 기술을 통해 서로 다른 시간 post-implantation에는 vivo에서 몇 군데 있었다. 이러한 기법을 사용 하 여, 섬세 한 세포질 프로세스는 파괴 된 기존의 조직학 프로세스를 사용 하 여 전극 표면 사이 자세한 상호 작용을 볼 수 있다.
ECoG 뇌-컴퓨터 인터페이스의 기본 복합 제어 요인
인간을 위한 최신 뇌-컴퓨터 인터페이스 (BCI) 시스템 electroencephalographic 활동은 두 피에서 기록 된를 사용 하 고 여러 가지 방법으로 제한 될 수 있습니다. Electrocorticography (ECoG) 뇌 파 (EEG) BCI 시스템에 대 한 최소한 침략 적 대안을 신속 하 게 사용자 교육 및 빠른 통신 속도 될 수 있는 우수한 신호 특성 저조한 여겨진다. 또한, 우리의 예비 결과 sensorimotor 피 질, 청각 피 질 등 다른 뇌 영역 BCI 시스템 모터 영역 뇌의 학습에 사용 된 것과 비슷한 방법을 사용 하 여 제어 훈련 될 수 있습니다 것이 좋습니다. 이 사용자가 신경 질환, 외상, 또는 BCI 제어용 sensorimotor 피 질 사용 해야 다른 조건에 대 한 중요 한 증명할 수 없습니다.
마이크로 구조 폴 리-L-리 신 패턴된의 신속한 프로토 타입
세포 생물학에 응용 프로그램 패턴 셀 패턴화 감독에 대 한 접착 단백질의 생산 능력 특히 관심입니다. 종종 하지만, 이러한 패턴 광범위 한 클린 룸 시설 및 복잡 한 크롬 마스크 크기를 아주 작은 기능에 필요 합니다. 우리 마이크론 규모로 기능을가지고 있는 간단한 PLL 구조의 신속한 프로토 타입에 대 한 수정된 이륙 방법을 개발 했습니다. 이륙 방법은 간단 하 고 다양 한 생물 학적 응용 프로그램에 쉽게 적응 합니다.
MicroECoG 전극 어레이 활용 하 여 대뇌 피 질의 기록 플랫폼입니다
녹음 하 고 피 질에서 전기 신호를 해석 하기 위한 뇌 이식 장치 임상 응용 지난 10 년간에서 빠르게 성장해 왔습니다. 장기 대뇌 피 질의 기록에 대 한 마이크로-electrocorticographic (microECoG) 전극 및 범용 플랫폼 개발 되었다 고 평가. 전극 직경 및 새로운 장치의 inter-electrode 거리 100 microm, 크게 일반 ECoG 격자 보다 작은의 순서는 뇌를 관통 하지 않아도. 급성 녹음 장치에서 독립적인 두뇌 활동 1 m m의 공간 해상도와 전극에서 기록 될 수 있는 시연 했다.
삽입 된 신경 임 플 란 트 티슈 응답을 모니터링 하기 위한 복잡 한 임피던스 분광학
신경 조직에 만성 이식된 전극의 복잡 한 임피던스의 변화를 나타냅니다 일련의 동물 실험을 실시 했다. 임피던스 변화에 일관 된 동향 특징 1 Khz에서 측정 된 임피던스 크기에서 일반 증가 모든 동물에서 관찰 되었다. 임피던스 변화 피크에 도달 7 일 약 post-implant. 개별 전극 주위 반응 응답 면역 조직 화학 및 confocal 현미경 검사 법을 사용 하 여 설명 했다. 이러한 관측은 측정 된 임피던스 변화를 비교 했다. 임피던스 변경의 몇 가지 기능 협소 및 광범위 한 조직학 반응을 구별할 수 있었다. 일반적으로, 1khz에서 임피던스 크기 약 4 일 post-implant 시작 광범위 한 반응에 크게 증가 했다. 광범위 한 반응으로 전극도 높은 주파수에서 임피던스 스펙트럼 특성 변화와 함께 표시 됩니다. 이 변화는 세미 원형 아크 전극 사이트 가까이 증가 세포 밀도의 암시 나이 키스 트 공간에 형성에 나타나 신. 이 결과 임피던스 스펙트럼의 변화는 시간에 따라 직접 이식된 전극 주위 세포 배포판에 의해 좌우 됩니다 고 임피던스 측정 이식된 장치에 대 한 세포 반응의 온라인 평가 제공할 수 있습니다 것이 좋습니다.
Microtechnology: 신경 생물학을 충족 합니다
신경 과학 분야는 항상 엔지니어에 게 매력 되었습니다. 신경 세포 및 작은 회로 요소와 마찬가지로 그들의 연결을 처리 하 고 속속들이 컴퓨터 과학 및 공학 분야의 연구원에 게 호기심은 극적인 방법으로 정보를 전송 합니다. 특히 최근 푸시 microtechnology 신경 과학 분야에 적용 되었습니다. 신 경계 및 개요 최근 미묘한 뉘앙스의 일부 개요의 발전 연구소 신경 생물학에서 칩 응용 프로그램에 제공 하는이 검토에 대 한 의미입니다. 그것 또한 필드 사전 수 있도록 neurobiologists와 신 경계에 대 한 우리의 기본적인 이해 협력과 neuroengineering 원칙을 바탕으로 새로운 응용 프로그램을 만들 격려 하 여 새로운 공학 연구원 희망에 직면 하는 문제 중 일부를 강조 하는 것을 목표로.
Electrocorticographically 모터를 사용 하 여 뇌-컴퓨터 인터페이스를 제어 하 고 임시 경 전극 환자의 감각 이미지 임 플 란 트. 4 개의 케이스의 보고입니다
뇌-컴퓨터 인터페이스 (BCI) 기술을 심한 모터 장애 보다 뛰어난 독립과 삶의 높은 품질 개인을 제공할 수 있습니다. BCI 시스템 기록 된 뇌 신호 걸리고 향상 된 커뮤니케이션, 운동, 또는 지 각에 대 한 실시간 작업으로 변환 합니다. 4 환자 참가자 intracranial electrocorticography (ECoG)에 대 한 임상 필요와 함께이 연구에 참가 했다. 참가자가 여러 세션에 걸쳐 모터 및 청각 이미지를 사용 하 여 컴퓨터 커서의 이동을 컨트롤 하기 위해 그들의 뇌 신호를 변조 하 훈련을 했다. 모터 또는 감각 영역을 통해 전극 가진 참가자 훈련의 2 ~ 7 일 동안 커서 제어를 달성할 수 있었다. 이러한 연구 결과 감각 및 다른 뇌 영역 이전에 ECoG 기반 제어를 위한 이상 모터 BCI에 대 한 도움이 될 수 있는 컨트롤의 더 많은 채널을 제공할 수 있습니다 간주 나타냅니다.
최소 침 습 신경 모니터링을 위한 유연한 박막 전극 배열
최소 침 습 신경 모니터링 응용 프로그램에서 사용 하기 위해 박막 폴리머 전극 배열 사용에 대 한 접근 방법을 소개 합니다. 유연성과 함께 소형 장치 플랫폼 박막 폴 리 이미 드 기판의 독특한 표면 특성 다양 한 외과 이식 절차를 받을 수 있도록 설정 합니다. 신속한 프로토 타입 및 제조 기술을 사용 하 여, 다양 한 기 하 도형 배열 1 주일 이내에 날조 될 수 있다. 이 논문에서 우리는 두개골 작은 구멍을 통해 전극 배열 배포 하기 위한 두 가지 방법을 테스트 합니다.
마이크로 Electrocorticographic 전극을 통해에 대 한 평가
만성 신경 기록 및 macroelectrodes와 피 질의 표면에 자극 치료 다양 한 신경학 상 적자를 위한 유망한 것으로 표시 되었습니다. 이들이 소자의 특이성을 향상 시키기 위해 작은 전극의 고밀도 준비 ﹙ 신경 인구 제어에 대 한 정확한 기록 되었습니다. 이 연구 마이크로 electrocorticographic (microECoG) 전극은 통해에 대 한 평가 했다. 전해 이리듐 산화물 (EIrOx)과 표면 개 질 낮은 임피던스와 높은 충전 용량을 들고, 낮은, 더 선형 전압 견학 현재 제어 자극 하는 동안 결과.
위치 및 원자 힘 현미경을 사용 하 여 단백질의 직접된 조립 하 여 금 표면에 뉴런의 지도
우리는 원자 힘 현미경 나노리 접착, 성장 및 Au 표면에 대뇌 피 질의 신경 세포의 상호를 효과적으로 제어 하는 방법을 보여 줍니다. Au 표면 패턴화 된 단백질의 두 종류를 사용 하 여 잘 정의 된 위치에서 뉴런의 immobilization 시연: 1) 폴 리-d-lysine (PDL) 긍정적으로 충전된 polypeptide 조직 문화와 2) laminin, 세포 외 매트릭스의 구성 요소에서 광범위 하 게 사용 합니다. 우리의 결과 신경 세포를 제한 하 고 그들의 성장 및 Au 표면에 상호, well-controlled 신경 위치와 연결 된 인공 신경 어셈블리의 엔지니어링을 향한 중요 한 단계를 제어할 수 PDL 및 laminin 패턴을 사용할 수 있음을 보여 줍니다.
웅 피 질의 인간에서 Electrocorticographic 신호를 사용 하 여 실시간 기능 매핑 위한 실용적인 절차
웅 피 질의 기능 매핑 종종 침 습 뇌 수술 전에 필요 하지만이 매핑 파생 되는 현재 기술의 중요 한 한계를가지고. 이 문서에서는 수동 녹음 electrocorticographic 신호를 사용 하 여 신속 하 게 튼튼하고 실용적인 매핑 시스템의 첫 종합 평가 보여 줍니다. 이 매핑 절차 우리가 지난 몇 년 동안 개발 하 고 BCI2000 및 SIGFRIED 기술을 기반으로 합니다. 우리의 연구에서 우리는 4 개의 서로 다른 기관에서 간 질 환자 10 평가 하 고 전기 대뇌 피 질의 자극 (ECS) 매핑을 사용 하 여 파생 된 결과 함께 우리의 프로시저의 결과 비교. 결과 우리의 절차는 몇 분만에 기능성 모터 피 질 지도 파생 보여. 그들은 또한 ECS 매핑을 사용 하 여 파생 된 결과 함께 실질적인 일치를 보여줍니다. 특히, ECS 지도 비해, 다음 이웃 평가 보였다 아니 거짓 제외 하 고 손과 혀 지도 0.46이 고 1.10% 틀린 확실성 각각. 요약 하자면, 침략 적 뇌 수술의 계획을 위한 새로운 도구를 될 수 있는 실용적이 고 강력한 매핑 절차의 첫 종합 평가 보여 줍니다.
대규모 병렬 신호 처리 실시간 뇌-컴퓨터 인터페이스 특징 추출에 대 한 그래픽 처리 장치를 사용 하 여
현대 컴퓨터 프로세서의 클록 속도 지난 5 년 동안에서 거의 정체 됩니다. 그 모든 데이터 채널 수와 대역폭, electrocorticographic 격자 또는 다른 이식 시스템 같은 전극 배열에서 기록 하는 프로세스에 가능 하지 않을 수 있습니다 따라서, 시간의 짧은 기간에 많은 양의 데이터 처리를 사용 하는 신경 보 철 시스템 병목, 얼굴. 따라서, 본이 연구에서는 그래픽 카드 [그래픽 처리 장치 (GPU)]의 처리 기능을 사용 하는 방법 뇌-컴퓨터 인터페이스 (BCI)의 실시간 신경 신호 처리를 위해 개발 되었다. 엔비디아 CUDA 시스템 잠재적으로 크게 기존 알고리즘의 속도 증가 시키는 동시에 많은 작업을 실행할 수 있는 GPU에 처리를 오프 로드 사용 되었다. BCI 시스템 처리 되 고 컴퓨터 커서의 움직임 등 제어 신호로 변환 하는 데이터의 다양 한 채널을 기록. 이 신호 처리 체인 컴퓨팅 매트릭스 매트릭스 곱셈 (즉, 공간 필터), 제어를 위한 자동 회귀 방법 그리고 마지막으로 분류 적절 한 기능을 사용 하 여 모든 채널의 전력 스펙트럼 밀도 계산 하 여 다음을 포함 한다. 이 연구에서 처음 두 요하는 단계는 GPU에서 구현 했다 고 속도 현재 구현 및 사용 하는 중앙 처리 장치 기반 구현에 비해 멀티 스레딩. Gpu 성능이 크게 향상 가져온 처리: 현재 구현 933 ms 250 ms의 1000 채널 처리 동안 새로운 GPU 방법만 27 ms, 거의 35 번의 개선 했다.
대뇌 피 질의 발생과 수 면 항상성입니다
잠을 필요 잠이의 기간으로 성장 하 고 수 면 항상성 이라는 프로세스 시간 자 고, 함께 없어져 요. 뇌 세포에 깨어의 결과 수 면 필요한 이유는? 놀랍게도, 우리가 동물 검사가 얼마나 깨어 또는 잠이 대뇌 피 질의 신경 세포의 발생에 영향을 여부를 모르겠어요. 여기에, 우리는 지속적인된 깨어 후 대뇌 피 질의 뉴런 모든 동작 상태에서 더 높은 주파수에서 화재 발견. 지속적인된 깨어 후 초기 NREM 잠 중 (에) 인구 활동 기간 짧은, 자주, 그리고 동기 발사, 동안 신경 침묵의 기간이 길고 자주 연관 있습니다. 지속적인된 수 면 후 발사 속도 synchrony 감소, 기간 증가에 기간 동안. 발사 NREM 수 면에서 패턴의 변화 변화 느린 파도 활동, 수 면 항상성 표식에에서 상관. 따라서, 깨어 동안 발사의 체계적인 증가 잠들어 있음으로 counterbalanced 이다.
﹙ 삽입을 사용 하 여 Boyden 챔버 내 산소 조건을 정확 하 게 제어할 수 있습니다
셀 마이그레이션과 암 세포 전이의 특징은 높은 종양에서 산소와 상관 관계가. Boyden 챔버 많은 분석 모두 체 외 마이그레이션과 침공 실험 때문에 일반적인 문화 선박에의 적응성에 대 한 사용 및 사용의 용이성을 상대 본 다공성 멤브레인 기반 마이그레이션 플랫폼입니다. Hypoxic 챔버 산소 패러다임 휴대 전화 응답 조사를 구현할 수 있는 현재 도구입니다. 불행 하 게도,이 방법을 정확 하 게 다양 한 생리 적 현상 모델링 하 공간 및 시간 정밀도 부족 합니다. 이 문서에서는 쉽게 Boyden 챔버에 적응 하 고 세포에 노출 된 산소 조건 더 많은 제어를 제공 하는 새롭게 개발된 된 ﹙ polydimethylsiloxane (PDMS) 장치 소개. 따라서 연구자 모두 단기 연속 및 간헐 hypoxia 정권 수립에 대 한 시스템의 기능을 보여주는 약 20 분에 1% 산소를 장치 equilibrates. Parylene C 박막 코팅 대량 PDMS 통해 주변 공기 침투를 방지 하는 데 사용한 및 향상 된 평형 시간과 끝점 농도를 발견 했다. MDA-MD-231 셀, 침 윤 성 유 방 암 선 Boyden 챔버 다공성 멤브레인을 통해 세포에서 산소 농도의 효과 보여줍니다 모델 셀 유형으로 사용 했다. Normoxic 기준으로 셀의 연속 hypoxia downregulated 마이그레이션 제어, 간헐적인 hypoxia 정권 (IH) 0%와 21% 산소 사이 사이클링 않았다 (0-21 %ih). 그러나 셀 5 ~ 21 %ih 노출 증가 마이그레이션 normoxic 컨트롤에 상대적인 뿐만 아니라 다른 조건에 비해 전시. 여기에 제시 된 결과 표시 장치 구현 Boyden 챔버 빨리 실시 하는 실험을 허용 하는 체 외 hypoxic 연구 하 고 현재 보다 더 많은 정밀 실험을 위해 이용 될 수 있다.
Optogenetic을 대상으로 통해 Transplantable 인간의 ESC 파생 된 뉴런의 기능을 제어 합니다
현재 메서드를 검사 하 고 기능 통합 및 인간의 ESC (hESC)의 소성을 조절-파생된 뉴런은 복잡 하 고 기술적으로 도전. 여기, 우리가 hESCs 및 이러한 결함을 극복 하기 위해 빛 문이 channelrhodopsin-2 (ChR2) 단백질을 표현 하는 그들의 유도체 설계. Optogenetic Chr2와 Hesc에서 파생 된 뉴런의 대상 뿐만 아니라 빛 유도 생리 적 주파수에서 요동으로 안정적인 셀 추적 허용 mCherry fluorophore에 연결 된. 광학 유도 흥분 성의 억제 postsynaptic 전류는 ChR2(+) 또는 ChR2(-) 신경 세포 체 외 및 급성 뇌 조각 이식된 심한 결합 된 immunodeficient (SCID) 쥐에서 가져온 elicited 수 있습니다. 또한, ChR2-mCherry synapsin-1 모터 제어에서 표현 하 고 클론 hESC 라인을 만들었습니다. 신경 분화에 ChR2 mCherry 식 뉴런을 제한 했다 그리고 안정적으로 표현 했다 적어도 6 개월에 대 한 일시적인 감염 보다 더 예측 가능한 빛 유도 전류를 제공 하. 이 만능 세포 라인 기능 개발의 생체 외 및 생체 조건 분석 뿐만 아니라 신경 인구 셀 교체 전략의 통합 용량 수 있습니다.
고속 / Packeted 미세 흐름 응용 프로그램 위한 플랫폼 펌프 자동된 Microdroplet 수동
수동 펌프를 구동 하는 표면 장력은 작은 작은 물방울에 표면 장력을 사용 하 여 흐름을 생성 하는 미세 기술. 이 이와 같은 수동 펌핑, 새로운 '마이크로 수동 펌핑' 기술 잠재력을 강화 개발 되었습니다 작은 물방울에 기초를 둔 유체 배출 시스템으로 수동 펌프를 결합 하 여 높은 처리량 유체 배달 허용 하는. 흐름 당 최대 4 밀리 리터의 속도 분 (mL/min) 채널 형상과 방울 크기에 의해 제한만 달성 했다. 유체 환율 수십 밀리초 (ms) 내에서 여러 개의 노즐에서 체액을 전달 하 여 수행할 수 있습니다. 채널 가압 하지 고 기판에 접합을 필요로 하지 않는 기술은 다양 한 플랫폼을 확장할 수 있습니다. 이 기술은 외부 튜브 연결 또는 기판 본딩 없이 고속 및 packeted 흐름 응용 프로그램에 대 한 소설 흐름 제어를 제공 합니다.
미세 뇌 조각 관류 챔버 Multisite 녹음 관통 전극을 사용 하 여
뇌 조직 분할 영역에 있는 네트워크 활동의 spatiotemporal 역학 분석을 유용 레코드를 동시에 여러 위치에서. 해 마 나 텍 같은 층 류 구조에서 얻은 multisite 녹음은 또한 현재 소스 밀도 분석을 통해 subcellular 현재 배포판에 대 한 정보를 얻을. Multisite 프로브 vivo에서 녹음을 위해 개발 된 시험관, 녹음 사이트 표면 레코딩 메서드는 현재 허용 보다는 조직 내에서 깊이에서 슬라이스 뇌에서에서 얻을 수 있도록 이러한 목적을 이룰 수 있습니다. 그러나, 기존 녹음 실 lamina 스패닝의 삽입을 허용 하지 않는 두뇌 분할 영역 가장자리를 통해 입력 하는 조사. 여기,이 목표를 수행 챔버 디자인 기록 소설 뇌 조각에 선물이. 장치는 조직에 의해 건강 최적화 안정적인 미세 관류 환경을 제공 superfusing 조각의 두 표면. 멀티 채널 전극 삽입 될 수 있는 표면에 상대적으로 어떤 깊이에서 슬라이스 표면에 평행 하 게 합니다. 액세스 추가 녹음 또는 자극 전극의 삽입에 대 한 이상에서 제공 됩니다. 우리 전류 소스 및 싱크 hippocampal 조각 장기 potentiation 유도 이어질 세타 버스트 자극 하는 동안 측정 하 여이 녹음 구성 유틸리티를 설명 합니다.
Multiphoton Cytometry 셀룰러 집계에서 형광을 내장 및 외부 평가: 줄기 세포를 응용 프로그램
검색 및 줄기 세포 상태를 추적은 급속 하 게 비 침 투 적인 방법으로 셀 상태를 심사 하는 것에 대 한 부족 한 의미 때문에 어렵습니다. 이 문제는 줄기 세포 집계에서 교양 또는 3 차원 (3D) 생성이 형태로 살아있는 세포는 휴대 전화 연락처를 방해 하지 않고 분석 하기 어렵기 때문에 복합 이다. Multiphoton 레이저 스캐닝 현미경 검사 법 여기 소스, 용량과 최소 phototoxicity 단면 깊이의 넓은 tunability로 인해 3 차원 구조 분석에 적합 한 고유 하 게 하지만 처리량 제한. 소설 multiphoton 형광 여기 흐름 cytometry (MPFC) 악기를 사용 하 정확 하 게 멀티 집계의 내부에 있는 셀을 프로브 수 또는 조직 구성 방식으로 향상 된 처리량 및 형광 속성에 해당 하는 측정. 내장 생체 또는 흥미로운 외부 기자 분자 흥미로운 생 fluorophores에 의해 가능한 셀룰러 집계를 유지 하는 동안 집계에서 셀의 속성 이해 될 수 있다. 여기 우리 1 세대 MPFC 시스템을 도입 하 고 적절 한 속도 표시와 이미지의 정확도 캡처하고 본질적인 형광 강도 포함 한 형광 강도 측정. 따라서,이 소설 악기 비 침 투 적인 방법으로 줄기 세포 및 해당 집계의 빠른 특성을 사용 하면 고 극적으로 실험실에서 줄기 세포를 연구 하 고 어떻게 변형할 수와 병원에서 널리 사용.
반도체 Nanomembrane 튜브: 제어 Neurite 파생물에 대 한 3 차원 감 금
많은 신경 문화 연구, neurite 마이그레이션, 플랫에 오픈 표면 3 차원 (3D) microenvironment in vivo를 반영 하지 않습니다. 그걸 염두에 두고, 긴장의 반도체 튜브를 사용 하 여 배열 실리콘 (Si)과 게르 마 늄 (Ge) nanomembranes를 조작 하 고 기본 대뇌 피 질의 뉴런의 세포 문화 기판으로 그들을 고용 하는 것. 우리의 실험 SiGe 기판 및 튜브 제조 공정은 생물학적으로 가능한 신경 세포에 대 한 표시. 우리는 또한 신경 세포 접착 요인의 부재에도 튜브 지형에 의해 유인 하 고 파생물 동안 튜브를 통해 전달 하기 위해 유도 수를 관찰 합니다. 열기 튜브 가까이 개별 뉴런의 선택적 시드 결합, 튜브 내의 성장 단일 축 삭에 제한 될 수 있습니다. 또한, 튜브 기능 자연 myelin 유사한 물리적 및 전기적으로, 그리고 축 색 막으로 밀폐 된 3D 접촉을 제공 하 고 잠재적으로 세포 외 솔루션에서 보 온 된 축 삭의 가까이 수 관 직경을 제어 가능.
Microfluidics 기반 장치: 암, 암 연구를 위한 새로운 도구 줄기 세포 마이그레이션
셀 이동이 세포 외 기질 및 미디어에서 자극에 매우 민감한. 셀에 플라즈마 막에서 수용 체 reorganizing 모션 관련 organelles 하 여 셀의 기계적인 동작을 변경 하는 신호 변환 통로 활성화할 수 있습니다. 암 세포 noncancer 세포 보다 더 견고 하 게 서로 다른 환경에 대 한 응답으로 마이그레이션 메커니즘의 변경. 따라서 관련된 신호 변환 통로의 억제를 통해 암 세포를 무력화를 치료 접근 셀 마이그레이션 메커니즘의 더 나은 이해에 사용. 최근 몇 년 동안에서 엔지니어 셀 마이그레이션 공부를 microfluidics 기술을 적용 하는 생물학자와 함께 일하고 있다. 요리에 기존의 문화에 반대 microfluidics submillimeter 규모를 기하학적으로 제한 된 체액 조작 다룹니다. 이러한 작은 비늘 비용 효율성, 시 약, 높은 감도, spatiotemporal 고해상도 및 층 류 흐름의 낮은 소비를 포함 하 여 장점을 제공 합니다. 따라서 microfluidics 셀 마이그레이션 공부를 새로운 플랫폼으로 잠재력이 있다. 이 리뷰에서 우리는 최근 진행 microfluidics 암 및 다른 셀 마이그레이션 연구의 응용 프로그램에 요약. 이러한 연구는 그들의 microenvironment에 미묘한 변화에 대 한 응답을 셀 마이그레이션 및 암 침공의 우리의 이해를 강화 했다. 우리는이 검토 될 것입니다 학 제 지침 생물학 및 엔지니어에 대 한 암 연구에 대 한 응용 프로그램으로 결합 도구 상자 추가 개발 바랍니다.
마이크로 Electrocorticography 플랫폼 및 만성 BCI 응용 프로그램에 대 한 배포 전략
지난 10 년 동안 electrocorticography (ECoG) 다양 한 실험과 임상 응용 프로그램에 대 한 사용 되었습니다. 최근에, 작은 기록 연락처 및 간격을 포함 하도록 전통적인 ECoG 배열에 맞게 클리닉에서 노력 되었습니다. 총칭 하 여 "마이크로-ECoG" 어레이 호출할 수 있습니다, 이러한 장치는 느슨하게 sub-millimeter 규모로 뇌 전기 활동을 기록 하는 intercranial 장치로 정의 됩니다. 박막 유연한 마이크로 스케일 ECoG 배열 간 질 모니터링 활동으로 뇌-컴퓨터 인터페이스 (BCI) 응용 프로그램에 적합 한 확장 가능한 3D 플랫폼 제공 됩니다. 디자인 활용 유연한 필름 전극을 뇌에 상당한 압력을 적용 하지 않고 배열 위치에 유지 하 고 단일 craniotomy에서 여러 전극의 방사형 subcranial 배포할 수 있도록 합니다. 비 인간 영장류에서 배포 기술을 테스트 하 고 자극을 불러 일으켰다 활동과 자연 간 질 활동 기록 했다. BCI 및 간 질 응용 프로그램 이상의 테스트 초기 인체 실험에 대 한 준비가 전극 플랫폼을 하게된다.
Nanopatterned 골드 표면에 신경 성장의 거리 의존도
엄청난 근본적인 중요성은 뇌의 네트워크 개발을 이해 하지만 그 구조 및 기능의 복잡성 때문에 대단히 까다롭습니다. 대상 영역 및 지도 요인 막 바인딩 단백질, 화학 그라데이션, 기계식 지침 신호, 등, 등 특정 상호 axonal 탐색 메커니즘 크게 알려지지 않은. 신경망 형성의 연구에 대 한 현재 제한 정확 하 게 뉴런의 작은 그룹의 연결을 제어 하는 기능입니다. 이러한 네트워크 디자인의 첫 단계는 "규칙" 중앙 신경 시스템 (CNS) 뉴런 하나 다른 기능 연결을 사용 하는 이해 하는 것. 여기에 우리가 성장 하 고 단순화 된 형상에 Au 기판에 꽃무늬 신경 세포의 작은 숫자의 연결에 대 한 새로운 규칙의 윤곽을 그리 다 시작. 이러한 연구 조직 기능 그대로 시스템에 결정 하는 메커니즘에 대 한 새로운 통찰력을 얻을. 우리는 정확 하 게 위치 하 고 이러한 표면에는 뉴런의 성장을 제어 이전에 보고 된 원자 힘 현미경 (AFM) 나노리 메서드를 사용 합니다. 다른 기하학적 매개 변수를 검사 하 여 우리는 양적 하 고 체계적으로 분석 어떻게 신경 성장 이러한 매개 변수에 따라 달라 집니다.
미세 소자에 유체 흐름에 대 한 메커니즘을 펌핑 하는 관성 향상 된 수동
우리가 설명 하 고 오픈 결합 장치에 흐름으로 드라이브 마이크로 노즐에서 배출 하는 작은 방울에 추진력을 활용 하 여 펌핑 메커니즘의 특성. 이 방법은 다른 일반적인 수동 펌프 또는 주사기 펌프 흐름 제어와 그 달성에 독특한 기능을 제공 하는 정권에서 미세 장치에서 흐름을 운전 수 있습니다. 특정 특성을 가진 두 개의 흐름 정권 설명: 관성 향상 수동 펌프는 액체를 교환에서 채널에서 시간이 크게 감소 하 고, 하 고 관성 작동 흐름, 어떤 빈 채널 또는 자연 압력 기울기에 대 한 흐름을 시작할 수는 있습니다. 모멘텀은 만드는 급속 한 유체 교환, 즉각적인 흐름 반전, 작성 및 결합 장치 내부 혼합 레 버리지.
뇌-컴퓨터 인터페이스 훈련 도중 정신적 작업 부하입니다
잘 뇌-컴퓨터 인터페이스 (BCI) 작업, 정신적 작업 부하의 특정 측면을 수행의 어려움에 가장 기여 하 고 건장 하 고 비활성화 되어 참여자 간의 작업 부하를 인식의 차이 인지 사람들이 인식 하는 방법을 이해 하지 이다. 이 연구는 6 개의 subscales와 다차원 평가 절차 NASA 작업 로드 인덱스 (TLX)를 사용 하 여 정신적 작업 부하 평가: 정신 요구, 물리적 요구, 시간적 요구, 성능, 노력과 좌절. 건장 하 고 모터 장애 참가자 EEG 기반 BCI Fitts' 법 대상 수집 및 문구 맞춤법 검사 작업을 수행한 후 설문 조사를 완료. NASA TLX 점수 근 및 장애인 참가자에 대 한 유사 했다. 예를 들어, 전체 작업 점수 (0-100 범위) 1d 수평 작업 했다 48.5 (SD = 17.7)와 46.6 (SD 10.3), 각각. TLX BCI 작업, 참가자 그룹 및 제어 형식 간의 주관적 작업 부하를 평가 하 여 더 큰 유용성을 갖습니다 Bcis의 디자인을 알리기 위해 사용할 수 있습니다. 개업 요약: 뇌-컴퓨터 인터페이스 (BCI)의 정신적 작업 부하 NASA 작업 로드 인덱스 (TLX)으로 평가할 수 있다. TLX BCI 작업, 참가자 그룹 (근 및 사용 안 함) 및 제어 형식 사이의 주관적 작업 부하를 비교 하는 데 효과적인 도구입니다. 데이터를 더 큰 유용성을 갖습니다 Bcis의 디자인을 알릴 수 있습니다.
칩에 뇌 조각: 그대로 조직에 미세 기술 적용의 기회 그리고 도전을
격리 된 뇌 조직, 특히 뇌 조각 네트워크, 셀룰러, 시 냅 스, 및 단일 채널 수준에서 신경 기능을 공부 하 고 가치 있는 실험 도구 있습니다. 신경 보존 뇌 조각 생존 능력 및 기능에 대 한 방법을 세련 되 있고 강력 하 게 결합 장치 개발 엔지니어 들에 의해 촬영 하는 접근을 닮은 원칙에 수렴. 두뇌 분할 영역에 대해 미세 기술 수 1) 극복 일반적인 인터페이스의 전통적인 제한 및 침수 슬라이스 챔버와 조각으로 산소/영양 침투를 향상, 2) 더 나은 spatiotemporal 제어 솔루션 흐름/약물 전달 특정 조각 영역을 제공 하 고 3) 현대 광학 electrophysiological 기술로 성공적인 통합을 허용. 이 리뷰에서 우리는 체 외 뇌 조각 연구를 위한 미세 소자의 독특한 장점을 강조 미세 광학 및 electrophysiological 계측 장치 통합의 최근 발전 설명 하 고 두뇌 슬라이스 및 다른 비 신경 조직에 적용 된 미세 기술의 임상 응용 프로그램 토론. 우리는 모두 신경 공부 뇌 조직의 체 외 엔지니어를 더 신경 과학 연구를 위한 미세 챔버 기술 개발에 대 한 학 제적 가이드로이 검토 될 것입니다 바랍니다.
