Research Article

ממריץ רב-תכליתי, מבוסס מוטמע, תומך בלוטות', ניתן לתכנות, צורת גל דו-פאזית עם רכישת אותות עצביים בזמן אמת

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

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

כאן, אנו מתארים מכשיר חדש שתוכנן במיוחד למחקר פרה-קליני של גירוי מוחי עמוק (DBS) יחד עם יחידת הקלטת אותות עצביים. התקן זה מספק גמישות נרחבת בפרמטרים של צורת-גל, כולל צורה, תדר, רוחב פולסים ומשרעת, ורישום של קוצים עצביים ופוטנציאל שדה מקומי.

Abstract

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

המחקר מציג מכשיר קל משקל התומך ב-Bluetooth לגירוי מוחי עמוק (DBS) שתוכנן במיוחד למחקר פרה-קליני בבעלי חיים קטנים הנעים בחופשיות. כדי להתמודד עם המגבלות הנוכחיות בגמישות צורות הגל ובקרה אלחוטית, פיתחנו ממריץ קומפקטי ורב-תכליתי המסוגל לספק צורות גל דו-פאזיות ניתנות לתכנות ומאוזנות מטען תוך רכישת אותות עצביים בו-זמנית. המערכת משלבת רכיבי מדף עבור ייצוב זרם, הגברת אותות והמרה אנלוגית לדיגיטלית, כולם מנוהלים על ידי מיקרו-בקר בהספק נמוך. המכלול כולל שלבי מפתח כגון שילוב מעגלים על לוח PCB דו-צדדי של 30 x 30 מ"מ, תכנות צורות גל באמצעות nRF Connect ואימות באמצעות בדיקות מלח ועמידות בעומס. הערכות במבחנה הראו תפוקת זרם אמינה על פני עכבות עומס משתנות, פעולת מלח יעילה ללא ירידה בצורת הגל, והקלטת אותות עצביים בנאמנות גבוהה עם יחס אות לרעש העולה על 35 dB. תוצאות אלו מאשרות את התאמתו של המכשיר לניסויי נוירומודולציה בלולאה סגורה ומניחות את היסודות למחקרים תרגומיים עתידיים בטיפול DBS.

Introduction

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

עבודה זו מציגה ממריץ מוחי עמוק חדשני לחקר שינויים ברמה המולקולרית וההתנהגותית בחיות ניסוי. למרות שמכשירי מיקרו-סטימולטור שונים נדונו בספרות, הם משתנים באופן משמעותי בגודל, במשקל, ביכולות הגירוי, ביכולת לספק גירוי ממושך ובדרישה למקורות כוח חיצוניים. רוב מכשירי המכרסמים מסתמכים על כוח חיצוני, מה שמגביל את התועלת שלהם במחקרים הדורשים גירוי בו זמנית ותצפית התנהגותית1. בעוד שפתרונות מסוימים, כגון קשירה, גלים מגנטיים או מקורות אור, מנסים לטפל בבעיה זו, כל אחד מגיע עם סט מגבלות משלו: קשירה מגבילה את התנועה וההתנהגות, ממריצים מגנטיים מוגבלים לסביבות ספציפיות, ומערכות מבוססות אור תלויות במחזור התאורה2<....

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

Protocol

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

ארכיטקטורת מערכת
באיור 1, מיקרו-בקר בהספק נמוך פועל כליבת המערכת, ושולט ביצירת צורות גל, עיבוד אותות ופרוטוקול התקשורת. המשרעות של צורות הגל נשלטות על ידי מקור הזרם הניתן לתכנות המשמש. המערכת משתמשת במעגל H-Bridge משולב להחלפת כיוון הזרם, ובכך יוצרת את צורות הגל הדו-פאזיות הנדרשות לגירוי הפעילות העצבית. נגד דיגיטלי בעזרת מיקרו-בקר, בשילוב עם נגד מצד (Shunt), מאפשר שינויים בצורת-גל ניתנים-לתכנות באמצעות פרוטוקול ממשק I2C. כדי להבטיח שהזרם העובר דרך האלקטרודות יישאר קבוע ותואם לקבוצה מוגדרת מראש של פרמטרים, לולאת משוב מסופקת דרך מיקרו-בקר. כדי להבטיח הספקת-כוח אמינה ויציבות תפעולית, ממומ....

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

Results

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

המכשיר עבר בדיקות אימות והערכה שונות, והמוצר נבדק על היתכנותו בחמישה שלבים: הערכת צורת גל פלט, בדיקת פלט זרם, בדיקת מי מלח, בדיקת נפילת מתח ובדיקת הקלטה.

הערכת צורת גל פלט
הבדיקה העיקרית של המכשיר הייתה לבדוק את הצורה והמצב של צורת הגל באמצעות נגד 1 kΩ המחובר על פני המכשיר. הוא סיפק בהצלחה צורת גל דו-פאזית עם עיכוב בין-פאזי באוסילוסקופ אחסון דיגיטלי. מכיוון שניתן להתאים את כל הפרמטרים, המכשיר יכול לספק מונופאזי או דו-פאזי עם או בלי עיכוב בין-פאזי. דגימת הפלט מוצגת

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

Discussion

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

מכשיר מיניאטורי רב תכליתי זה מסמן צעד משמעותי קדימה בתכנון מערכות משולבות הן לגירוי עצבי והן לרכישת אותות. בניגוד לפלטפורמות קיימות כמו אלה שתוארו על ידי Angotzi et al.5 ו-Melo-Thomas et al.8, המדגישות הקלטה או גירוי רב-ערוצי, המערכת שלנו משלבת באופן ייחודי גירוי דו-פאזי הניתן לתכנות ומבוקר זרם עם הקלטת אותות עצביים בזמן אמת בגורם צורה קומפקטי ואלחוטי. גישה משולבת זו מאפשרת נוירומודולציה בלולאה סגורה, ומאפשרת לפעילות עצבית מוקלטת להנחות ישי.......

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

Disclosures

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

למחברים אין ניגודי אינטרסים להצהיר עליהם.

Acknowledgements

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

ללא

תרומת המחבר:
פול ו.: המשגה, זכריה: מתודולוגיה, פרנסיס: תוכנה, ג'ורג': אימות, ו. פרקטיל: ניתוח פורמלי, חוזה: חקירה, אתיתיה: חקירה, באבו: כתיבת טיוטה מקורית, ג'ונסון: פיקוח, סוראג'קומאר סינג: אימות, אדיקארי: תיקון הטיוטה המקורית

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
CP2102 USBמעבדות סיליקוןמספק פתרון ממשק הכנס-הפעל מלא הכולל מנהלי התקנים ללא תמלוגים
DMHC30025LSD מעגל גשר-Hדיודותגשר-H MOSFET משלים זה מהדור החדש כולל התנגדות מצב-מופעל נמוכה הניתנת להשגה עם דוחף שער נמוך.
מיקרו-בקר MDBT42/STM32G491CCU6STMicroelectronicsמיקרו-בקרים ARM - מיקרו-בקר מיינסטרים Arm Cortex-M4+ מיקרו MHz 170 עם זיכרון Flash של kbytes 256
מודול BLE נורדי MDBT42Qתאגיד רייטקאפשר תקשורת של נתונים המועברים באופן אלחוטי באמצעות תקשורת BLE
מגבר תפעולי OPA322טקסס אינסטרומנטסיחיד, 5.5 V, 20 MHz, אפס-צלב-רעש נמוך (6nV/√ הרץ) מגבר תפעולי RRIO
תוכנת טינה טיטקסס אינסטרומנטסמדמה תגובת תדר
TLV1117 15 V, 800 mA, מייצב מתח ליניארי מתכוונן וקבועטקסס אינסטרומנטסזהו מתח ליניארי המספק עד 800mA של זרם יציאה עם תחום מתחי כניסה נתמך מ-2.7 V עד 15 V.

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