Research Article

Gerçek Zamanlı Nöral Sinyal Toplama özelliğine sahip Çok İşlevli, Gömülü tabanlı, Bluetooth özellikli, Programlanabilir, Bifazik dalga biçimi Stimülatörü

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

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

Burada, klinik öncesi derin beyin stimülasyonu (DBS) araştırmaları için özel olarak tasarlanmış yeni bir cihazı ve bir nöral sinyal kayıt ünitesini açıklıyoruz. Bu cihaz, şekil, frekans, darbe genişliği ve genlik dahil olmak üzere dalga biçimi parametrelerinde ve nöral ani artışların ve yerel alan potansiyellerinin kaydedilmesinde kapsamlı esneklik sağlar.

Abstract

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

Çalışma, küçük, serbestçe hareket eden hayvanlarda klinik öncesi araştırmalar için özel olarak tasarlanmış hafif, Bluetooth özellikli bir derin beyin stimülasyonu (DBS) cihazını tanıtıyor. Dalga biçimi esnekliği ve kablosuz kontroldeki mevcut sınırlamaları gidermek için, programlanabilir, yük dengeli bifazik dalga biçimleri sunarken aynı zamanda nöral sinyaller alabilen kompakt, çok işlevli bir stimülatör geliştirdik. Sistem, tümü düşük güçlü bir mikro denetleyici tarafından yönetilen, akım düzenlemesi, sinyal amplifikasyonu ve analogdan dijitale dönüşüm için kullanıma hazır bileşenleri entegre eder. Montaj, çift taraflı 30 x 30 mm PCB üzerinde devre entegrasyonu, nRF Connect aracılığıyla dalga biçimi programlama ve salin ve yük direnci testi yoluyla doğrulama gibi önemli adımları içerir. İn vitro değerlendirmeler, değişen yük empedanslarında güvenilir akım çıkışı, dalga biçimi bozulması olmadan etkili salin çalışması ve 35 dB'yi aşan sinyal-gürültü oranıyla yüksek kaliteli nöral sinyal kaydı gösterdi. Bu sonuçlar, cihazın kapalı döngü nöromodülasyon deneyleri için uygunluğunu doğrular ve DBS terapisinde gelecekteki translasyonel çalışmalar için zemin hazırlar.

Introduction

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

Bu çalışma, deney hayvanlarında moleküler ve davranışsal seviyelerdeki değişiklikleri araştırmak için yeni bir derin beyin stimülatörü tanıtıyor. Literatürde çeşitli mikro stimülatör cihazları tartışılmış olsa da, bunlar boyut, ağırlık, stimülasyon yetenekleri, uzun süreli stimülasyon sağlama yeteneği ve harici güç kaynaklarına gereksinim açısından önemli ölçüde farklılık gösterir. Çoğu kemirgen cihazı, eşzamanlı stimülasyon ve davranışsal gözlem gerektiren çalışmalarda kullanımlarını sınırlayan harici güce dayanır1. Bağlar, manyetik dalgalar veya ışık kaynakları gibi bazı çözümler bu sorunu çözmeye çalışsa da,....

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

Protocol

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

Sistem mimarisi
Şekil 1'de, düşük güçlü bir mikro denetleyici, dalga biçimi üretimini, sinyal işlemeyi ve iletişim protokolünü kontrol ederek sistemin çekirdeği olarak görev yapar. Dalga formlarının genlikleri, kullanılan programlanabilir akım kaynağı tarafından kontrol edilir. Sistem, akım yönünü değiştirmek için entegre bir H-Bridge devresi kullanır ve böylece sinirsel aktiviteyi uyarmak için gereken iki fazlı dalga formlarını oluşturur. Bir şönt dirençle birlikte mikro denetleyici destekli bir dijital direnç, bir I2C arayüz protokolü aracılığıyla programlanabilir dalga biçimi değişi....

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

Results

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

Cihaz farklı doğrulama ve değerlendirme testlerinden geçti ve ürün fizibilitesi açısından beş aşamada test edildi: Çıkış dalga biçimi değerlendirmesi, akım çıkış testi, salin testi, voltaj düşüşü testi ve kayıt testi.

Çıkış dalga biçimi değerlendirmesi
Cihazın birincil testi, cihaza bağlı 1 kΩ'luk bir direnç kullanarak dalga formunun şeklini ve modunu kontrol etmekti. Dijital depolama osiloskopunda fazlar arası gecikmeli iki fazlı bir dalga biçimini başarıyla iletti. Tüm pa.......

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

Discussion

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

Bu çok işlevli minyatür cihaz, hem sinirsel stimülasyon hem de sinyal toplama için entegre sistemlerin tasarımında ileriye doğru atılmış anlamlı bir adıma işaret ediyor. Angotzi ve ark.5 ve Melo-Thomas ve ark.8 tarafından tanımlananlar gibi çok kanallı kayıt veya stimülasyonu vurgulayan mevcut platformların aksine, sistemimiz programlanabilir, akım kontrollü bifazik stimülasyonu kompakt, kablosuz bir form faktöründe gerçek zamanlı nöral sin.......

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

Disclosures

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

Yazarların beyan edecekleri herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Acknowledgements

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

Hiç kimse

Yazar katkısı:
Paul V.: Kavramsallaştırma, Zachariah: Metodoloji, Francis: Yazılım, George: Doğrulama, V. Parekkattil: Biçimsel analiz, Jose: Soruşturma, Athithya: Soruşturma, Babu: Orijinal taslak yazma, Johnson: Denetim, Surajkumar Singh: Doğrulama, Adhikari: Orijinal taslağın gözden geçirilmesi

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
CP2102 USBSilikon laboratuvarlarıTelifsiz sürücüler içeren eksiksiz bir tak ve çalıştır arayüz çözümü sağlar
DMHC30025LSD H-Köprü devresiDİYOTBu yeni nesil tamamlayıcı MOSFET H-Bridge, düşük geçit sürücüsü ile elde edilebilecek düşük direnç özelliklerine sahiptir.
mikrodenetleyici MDBT42/STM32G491CCU6STMicroelektronikARM Mikrodenetleyiciler - 256 kbyte Flash belleğe sahip MCU Mainstream Arm Cortex-M4+ MCU 170 MHz
İskandinav BLE modülü MDBT42QRaytac ŞirketiKablosuz olarak iletilen verilerin BLE iletişimi yoluyla iletişimine izin verin
OPA322 işlemsel yükselteçTEKSAS ALETLERITekli, 5.5 V, 20 MHz, sıfır çapraz düşük gürültülü (6nV/√ Hz) RRIO işlemsel yükselteç
Tina Ti YazılımTEKSAS ALETLERIFrekans tepkisini simüle eder
TLV1117 15 V, 800 mA, Ayarlanabilir ve Sabit Lineer Voltaj RegülatörüTEKSAS ALETLERI800 V ila 2.7 V arasında desteklenen bir giriş voltajı aralığı ile 15mA'ya kadar çıkış akımı sağlayan doğrusal bir voltajdır.

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