Research Article

محفز متعدد الوظائف ، مدمج ، مزود بتقنية Bluetooth ، قابل للبرمجة ، ثنائي الطور مع اكتساب الإشارات العصبية في الوقت الفعلي

DOI:

10.3791/68837

⸱

September 19th, 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Electrical Engineering, National Institute of Technology Manipur (NITM), 2Department of Electrical and Electronics Engineering, Christ College of Engineering, 3Dr Siji George Medicine Professional Corporation, 4Christ College (Autonomous), 5Northern Ontario School of Medicine, 6Department of Electronics and Communication Engineering, Indian Institute of Technology Roorkee (IITR), 7Department of Computer Science & Engineering, Christ College of Engineering, 8Department of Electronics and Communication Engineering, Christ College of Engineering, 9Department of Mechanical and Mechatronics, University of Auckland, 10Department of Electronics and Communication, National Institute of Technology Manipur (NITM)

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هنا ، نصف جهازا جديدا مصمما خصيصا لأبحاث التحفيز العميق للدماغ قبل السريري (DBS) جنبا إلى جنب مع وحدة تسجيل الإشارات العصبية. يوفر هذا الجهاز مرونة واسعة في معلمات شكل الموجة ، بما في ذلك الشكل والتردد وعرض النبضة والسعة ، وتسجيل المسامير العصبية وإمكانات المجال المحلي.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقدم الدراسة جهازا خفيف الوزن للتحفيز العميق للدماغ (DBS) يعمل بالبلوتوث مصمم خصيصا للأبحاث قبل السريرية في الصغيرة التي تتحرك بحرية. لمعالجة القيود الحالية في مرونة شكل الموجة والتحكم اللاسلكي ، قمنا بتطوير محفز مضغوط متعدد الوظائف قادر على تقديم أشكال موجية ثنائية الطور قابلة للبرمجة ومتوازنة الشحن مع الحصول على إشارات عصبية في نفس الوقت. يدمج النظام المكونات الجاهزة للتنظيم الحالي ، وتضخيم الإشارة ، والتحويل التناظري إلى الرقمي ، وكلها تدار بواسطة متحكم دقيق منخفض الطاقة. يتضمن التجميع خطوات رئيسية مثل تكامل الدائرة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الوجهين 30 × 30 مم ، وبرمجة الشكل الموجي عبر nRF Connect ، والتحقق من الصحة من خلال اختبار مقاومة المحلول الملحي والحمل. أظهرت التقييمات في المختبر خرج تيار موثوق به عبر معاوقة تحميل متفاوتة ، وتشغيل محلول ملحي فعال دون تدهور شكل الموجة ، وتسجيل إشارة عصبية عالية الدقة مع نسبة إشارة إلى ضوضاء تتجاوز 35 ديسيبل. تؤكد هذه النتائج مدى ملاءمة الجهاز لتجارب التعديل العصبي ذات الحلقة المغلقة وتضع الأساس للدراسات الانتقالية المستقبلية في علاج DBS.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقدم هذا العمل محفزا جديدا للدماغ العميق لاستكشاف التغييرات على المستويين الجزيئي والسلوكي في التجارب. على الرغم من مناقشة العديد من أجهزة المحفز الدقيق في الأدبيات ، إلا أنها تختلف اختلافا كبيرا في الحجم والوزن وقدرات التحفيز والقدرة على تقديم تحفيز طويل الأمد ومتطلبات مصادر الطاقة الخارجية. تعتمد معظم أجهزة القوارض على الطاقة الخارجية ، مما يحد من فائدتها في الدراسات التي تتطلب تحفيزا وملاحظة سلوكية في وقت واحد1. في حين أن بعض الحلول ، مثل الحبال أو الموجات المغناطيسية أو مصادر الضوء ، تحاول معالجة هذه المشكلة ، فإن كل منها يأتي بمجموعة من القيود الخاصة به: الحبال تقيد الحركة والسلوك ، وتقتصر المحفزات المغناط....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

بنية النظام
في الشكل 1 ، يعمل المتحكم الدقيق منخفض الطاقة كجوهر للنظام ، حيث يتحكم في توليد شكل الموجة ومعالجة الإشارات وبروتوكول الاتصال. يتم التحكم في سعة الأشكال الموجية بواسطة مصدر التيار القابل للبرمجة المستخدم. يستخدم النظام دائرة H-Bridge متكاملة لتبديل الاتجاه الحالي ، وبالتالي يخلق الأشكال الموجية ثنائية الطور المطلوبة لتحفيز النشاط العصبي. يتيح المقاوم الرقمي بمساعدة المتحكم الدقيق ، جنبا إلى جنب مع مقاوم التحويلة ، تعديلات شكل الموجة القابلة للبرمجة من خلال بروتوكول واجهة I2C. لضمان بقاء التيار الذي يمر عبر الأقطاب الكهربائية ثابتا ومتسقا مع مجموعة محددة مسبقا من المعلمات ، ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

خضع الجهاز لاختبارات تحقق وتقييم مختلفة ، وتم اختبار المنتج لجدواه على خمس مراحل: تقييم شكل موجة الإخراج ، واختبار الإخراج الحالي ، واختبار المحلول الملحي ، واختبار انخفاض الجهد ، واختبار التسجيل.

تقييم شكل موجة الإخراج
كان الاختبار الأساسي للجهاز هو التحقق من شكل ووضع شكل الموجة باستخدام مقاوم 1 كيلو أوم متصل عبر الجهاز. لقد نجحت في تقديم شكل موجة ثنائي الطور مع تأخير الطور البيني في راسم الذبذبات الرقمي للتخزين. نظرا لأنه يمكن تخصيص جميع المعلمات ، يمكن للجهاز تقديم أحادي.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يمثل هذا الجهاز المصغر متعدد الوظائف خطوة ذات مغزى إلى الأمام في تصميم أنظمة متكاملة لكل من التحفيز العصبي واكتساب الإشارة. على عكس الأنظمة الأساسية الحالية مثل تلك التي وصفها Angotzi et al.5 و Melo-Thomas et al.8 ، والتي تؤكد إما على التسجيل متعدد القنوات أو التحفيز ، يجمع نظامنا بشكل فريد بين التحفيز ثنائي الطور القابل للبرمجة والتحكم فيه الحالي وتسجيل الإشارة العصبية في الوقت الفعلي في عامل شكل لاسلكي مضغوط. يتيح هذا النهج المتكامل التعد.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وليس لدى أصحاب البلاغ أي تضارب في المصالح يعلنون.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

اي

مساهمة المؤلف:
بول الخامس: وضع المفاهيم ، زكريا: المنهجية ، فرانسيس: البرمجيات ، جورج: التحقق من الصحة ، V. Parekkattil: التحليل الرسمي ، خوسيه: التحقيق ، أثيثيا: التحقيق ، بابو: كتابة المسودة الأصلية ، جونسون: الإشراف ، سوراجكومار سينغ: التحقق من الصحة ، أديكاري: مراجعة المسودة الأصلية

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
CP2102 USBمختبرات السيليكونيوفر حلا كاملا لواجهة التوصيل والتشغيل يتضمن برامج تشغيل خالية من حقوق الملكية
DMHC30025LSD دائرة H-Bridgeالثنائياتيتميز هذا الجيل الجديد من MOSFET H-Bridge التكميلي بمقاومة منخفضة يمكن تحقيقها مع محرك البوابة المنخفض.
متحكم MDBT42 / STM32G491CCU6STMicroelectronicsوحدات التحكم الدقيقة ARM - MCU Mainstream Arm Cortex-M4 + MCU 170 ميجاهرتز مع 256 كيلوبايت من ذاكرة الفلاش
وحدة BLE الاسكندنافية MDBT42Qشركة رايتاكالسماح بتوصيل البيانات المرسلة لاسلكيا من خلال اتصال BLE
مكبر للصوت التشغيلي OPA322أدوات تكساسأحادي ، 5.5 فولت ، 20 ميجاهرتز ، صفر تقاطع منخفض الضوضاء (6nV /√ هرتز) مكبر صوت تشغيلي RRIO
تينا تي البرمجياتأدوات تكساسيحاكي استجابة التردد
TLV1117 15 فولت ، 800 مللي أمبير ، منظم جهد خطي قابل للتعديل وثابتأدوات تكساسإنه جهد خطي يوفر ما يصل إلى 800 مللي أمبير من تيار الخرج مع نطاق جهد دخل مدعوم من 2.7 فولت إلى 15 فولت.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Pinnell, R. C., Pereira de Vasconcelos, A., Cassel, J. C., Hofmann, U. G. A miniaturized, programmable deepbrain stimulator for grouphousing and water maze use. Front Neurosci. 12, 598(2018).
  2. Alpaugh, M., et al. A novel wireless brain stimulati....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Deep Brain StimulationBiphasic Waveform StimulatorNeural Signal AcquisitionBluetooth Enabled StimulatorProgrammable StimulatorClosed Loop NeuromodulationSignal AmplificationAnalog To Digital ConversionPreclinical Research DeviceWireless Neural Recording

Related Articles