Um sistema em miniatura para estimulação nervosa e sua medição usando ultrassom


O Departamento de Engenharia Elétrica e Eletrônica da nossa escola, Professor Hyunjoo Lee, e a equipe de pesquisa conjunta da Dra. Jeongyeon Kim, do Korea Brain Research Institute, anunciaram no dia 9 que desenvolveram um pequeno sistema que pode medir a estimulação cerebral ultrassônica e as ondas cerebrais em animais jovens ao mesmo tempo. A equipe de pesquisa usou essa tecnologia para fornecer estimulação cerebral por ultrassom em tempo real de acordo com o estado de sono. Como resultado, foi revelado que o sono e a memória de curto prazo podem ser controlados estimulando o córtex pré-frontal (PFC) em tempo real durante o sono sem movimento rápido dos olhos (NREM).



Técnica de estimulação nervosa atual usando ondas eletromagnéticas


No caso da neuroestimulação, a estimulação magnética transcraniana (EMT) e a estimulação cerebral profunda (DBS) são amplamente utilizadas clinicamente. A estimulação magnética transcraniana é uma técnica que ativa ou inibe neurônios em uma parte específica do cérebro, passando um campo magnético gerado por uma bobina magnética transcraniana através da superfície da cabeça. A estimulação cerebral profunda é uma tecnologia que envia ou mede a estimulação elétrica implantando eletrodos chamados marcapassos no cérebro profundo. Enquanto isso, em experimentos com animais, a tecnologia optogenética é usada para estimular os nervos com luz. Depois que os neurônios-alvo são manipulados para responder à luz usando técnicas genéticas, as células-alvo são controladas pela luz.



Tecnologia segura de estimulação cerebral por ultrassom


As técnicas atuais de estimulação nervosa são frequentemente invasivas e têm limitações, pois não atingem profundamente o cérebro ou seus efeitos são amplos. Portanto, recentemente, a tecnologia de estimulação cerebral ultrassônica tem atraído atenção. Ao contrário das tecnologias atuais de estimulação nervosa, o ultrassom pode estimular até mesmo uma pequena área localizada no fundo do cérebro sem cirurgia. Consequentemente, estão sendo conduzidos estudos sobre o efeito terapêutico e eficácia da tecnologia de ultrassom focalizado de baixa intensidade, e vários estudos foram publicados mostrando que a doença de Alzheimer, doença de Parkinson, epilepsia, obesidade, artrite, etc. o corpo.

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A falta de um sistema estruturado motiva e mede ao mesmo tempo


Métodos para confirmar a eficácia da estimulação nervosa incluem medição de sinal in vivo e observação comportamental. No entanto, isso não é fácil de realizar em animais jovens, pois existem muitos modelos de doenças. A atual tecnologia de estimulação ultrassônica também é volumosa e não pode ser usada para mover ratos, ou os sinais eletrofisiológicos síncronos são difíceis de medir devido aos sinais de ruído gerados durante a operação. Em particular, nenhum sistema mede a resposta in vivo em tempo real ao aplicar estimulação ultrassônica a pequenos animais, como camundongos, por um período prolongado de tempo. Portanto, os experimentos de estimulação por ultrassom aplicados a pequenos animais geralmente se concentram na estimulação de curto prazo seguida de respostas imediatas ou estudos que aplicam múltiplas estimulações sob anestesia para monitorar respostas de longo prazo.



Enxerto de um dispositivo de microultrassom baseado em MEMS e técnica de medição de EEG


A equipe de pesquisa combinou um dispositivo de micro-ultrassom com a tecnologia de medição EEG. A equipe do professor Hyunjoo Lee tem pesquisado constantemente dispositivos de ultrassom microscópicos baseados no sistema MEMS*. Neste estudo, a medição do sinal EEG e a tecnologia de análise do sono em tempo real foram aplicadas a um dispositivo MEMS, e foi desenvolvido um sistema de estimulação de circuito fechado personalizado que é estimulado de acordo com o estado atual do cérebro. O algoritmo de estimulação de circuito fechado analisa a fase do sono em tempo real em unidades de 6 segundos e fornece estimulação ultrassônica durante a fase do sono NREM.

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A equipe de pesquisa projetou um dispositivo com materiais de baixo ruído e produziu um dispositivo que não é apenas extremamente pequeno, mas também altamente confiável para medir respostas eletrofisiológicas.


Finalmente, como resultado da estimulação do córtex pré-frontal de camundongos privados de sono por 10 horas sob uma condição NREM, a equipe de pesquisa confirmou que a memória espacial de curto prazo foi protegida e a quantidade de sono de movimento rápido dos olhos (Rem) aumentou.


Consequentemente, espera-se que o sistema desenvolvido pela equipe de pesquisa seja usado em todas as direções de pesquisa para avaliar a eficácia da estimulação por ultrassom. Finalmente, o primeiro autor, o estudante de doutorado Cho Yi-hyun, deixou uma mensagem sincera de apoio aos membros da escola, dizendo: “A resolução de problemas em pesquisa não vem de ideias brilhantes, mas de falhas habilidosas”.


Dispositivo de ultrassom ultrassônico baseado em MEMS desenvolvido pela equipe de pesquisa (apresentado pelo professor Hyunjoo Lee)
Dispositivo de ultrassom ultrassônico baseado em MEMS desenvolvido pela equipe de pesquisa (apresentado pelo professor Hyunjoo Lee)


Sistemas microeletromecânicos (MEMS) *
Tecnologia de usinagem de precisão em miniatura que combina estruturas mecânicas precisas e circuitos eletrônicos

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