EPFL研发出抑制症状、管理大脑疾病的神经芯片NeuralTree

EPFL研发出抑制症状、管理大脑疾病的神经芯片NeuralTree该系统拥有一个256通道的高分辨率传感阵列和一个高能效的机器学习处理器,使其能够有效地从真实的病人数据和疾病的体内动物模型中提取和分类各种各样的生物标志物。这导致了症状预测的高度准确性。"NeuralTree得益于神经网络的准确性和决策树算法的硬件效率,"Shoaran说。"这是我们第一次能够为二元分类任务(如癫痫或震颤检测)以及多类任务(如神经义肢应用的手指运动分类)整合如此复杂而又节能的神经接口。"他们的成果在2022年IEEE国际固态电路会议上发表,并发表在集成电路界的旗舰杂志《IEEE固态电路》上。效率、可扩展性和多功能性NeuralTree的功能是通过从脑电波中提取神经生物标志物--已知与某些神经系统疾病有关的电信号模式。然后,它对这些信号进行分类,并指出它们是否预示着即将到来的癫痫发作或帕金森症震颤,例如。如果检测到一个症状,一个神经刺激器--也位于芯片上--就会被激活,发送一个电脉冲来阻止它。Shoaran解释说,与最先进的技术相比,NeuralTree的独特设计使该系统具有空前的效率和多功能性。该芯片拥有256个输入通道,而以前的机器学习嵌入式设备只有32个,允许在植入物上处理更多高分辨率的数据。该芯片的面积效率设计意味着它也非常小(3.48mm2),使它有很大的潜力可以扩展到更多的通道。集成了"能量感知"学习算法--该算法对消耗大量能量的特征进行惩罚--也使NeuralTree高度节能。除了这些优势,该系统可以比其他设备检测更广泛的症状,到目前为止,这些设备主要集中在癫痫发作检测上。该芯片的机器学习算法在来自癫痫和帕金森病患者的数据集上进行了训练,并对这两类患者的预录神经信号进行了准确分类。Shoaran说:"据我们所知,这是用片上分类器进行帕金森病震颤检测的首次演示。"自我更新的算法研究人员热衷于使神经接口更加智能,以实现更有效的疾病控制,现在他们已经在展望进一步的创新了。"最终,我们可以使用神经接口治疗许多不同的疾病,我们需要算法的想法和芯片设计的进步来实现这一目标。这项工作是非常跨学科的,因此也需要与软体生物电子接口实验室这样的实验室合作,该实验室可以开发出最先进的神经电极,或者可以获得高质量病人数据的实验室。"作为下一步,她对实现片上算法更新以跟上神经信号的演变感兴趣。"神经信号在变化,因此随着时间的推移,神经接口的性能会下降。我们一直在努力使算法更加准确和可靠,而做到这一点的一个方法是启用片上更新或能够自我更新的算法。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347077.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1347077.htm

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薄膜神经电极改变大脑监测和刺激方式 在诊疗脑部疾病方面极具潜力

薄膜神经电极改变大脑监测和刺激方式在诊疗脑部疾病方面极具潜力得益于创新而简单的设计,这些耐用的电极精确匹配脑组织的机械特性,从而在皮层电图记录和有针对性的神经刺激过程中获得更好的性能。图片来源:藤江敏典/东京工业大学新电极的基板由称为聚苯乙烯丁二烯共聚物(SBS)的柔性材料制成的薄膜组成。研究人员使用喷墨打印机,以金纳米墨水在电极上制造导电线。最后,他们用另一层SBS薄膜作为绝缘层来覆盖电路,激光穿孔微通道作为测量或刺激点。通过广泛的力学测试和模拟,研究人员证明电极能准确贴合形状不规则的脑组织。其简单的设计和制造工艺也是一个主要优势,这使得电极在实际生活中能被广泛采用。这也是第一次证明,基于印刷电子学的ECoG电极与脑组织的力学性能非常匹配。团队利用癫痫大鼠模型进行了数次实验。使用新设计的ECoG电极,他们可准确测量这些大鼠的一根胡须受到机械刺激时,大脑中的神经反应,还能可视化化学诱导的癫痫发作活动。总体而言,这些发现突出了柔性薄膜神经电极在诊断和治疗脑部疾病方面的潜力。值得注意的是,即使在手术几周后,电极也没有在大鼠的大脑中引起任何炎症或不良反应,显示了它们与生物组织的相容性。研究人员计划进一步改进他们的设计,使其适合临床应用。譬如将薄膜电极与植入式设备集成可以使其侵入性更小,对大脑的异常电活动更敏感,从而改善治疗顽固性癫痫的诊断和治疗策略。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385235.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1385235.htm

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咖啡渣可保护大脑免受神经退行性疾病的侵害

咖啡渣可保护大脑免受神经退行性疾病的侵害首席研究员JyotishKumar说:"基于咖啡酸的碳量子点有可能成为治疗神经退行性疾病的变革性药物。这是因为目前的治疗方法都不能解决疾病问题,它们只能帮助控制症状。我们的目标是通过解决驱动这些疾病的原子和分子基础,找到治疗方法。"虽然遗传在神经退行性疾病中起着重要作用,但生活方式和环境因素也会在很大程度上导致大脑特定区域神经元的丧失,进而发展成阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等疾病。这些因素包括过度活跃的自由基(也是导致癌症和心脏病的有害分子),以及淀粉样蛋白片段的聚集。淀粉样蛋白片段会在大脑中形成斑块,这是阿尔茨海默氏症进展的标志。在细胞样本中,研究人员发现CACQDs能清除自由基或阻止自由基的影响,并抑制淀粉样蛋白的聚集。重要的是,CACQDs似乎不会对细胞产生负面影响。如果这种益处能转化为预防性治疗,就能让患者远离疾病进展的临界点。UTEP教授马赫什-纳拉扬(MaheshNarayan)说:"在这些疾病进入临床阶段之前解决它们至关重要。到了那个阶段,很可能为时已晚。目前任何能够解决神经退行性疾病晚期症状的治疗方法都超出了大多数人的承受能力。我们的目标是提出一种解决方案,能够以尽可能多的患者能够承受的成本预防这些疾病的大多数病例。"咖啡酸是一种多酚化合物,具有已知的抗氧化特性。它还能穿透最重要的血脑屏障,这是向需要保护的部位提供细胞保护的关键。除了废咖啡渣是咖啡酸的可持续来源外,CACQD还是通过环保的"绿色化学"生产出来的。咖啡渣在200°F(93°C)的温度下"烹煮"四小时,以调整CACQD咖啡酸碳结构的方向。鉴于每年废弃的咖啡渣数量巨大,这种原料具有可持续性和可扩展性。虽然研究尚处于早期阶段,但研究小组希望进一步的研究能证实早期测试的结果,并希望有一天,像CACQDs药片这样简单的东西能为人类大脑提供一种无形的保护,防止非遗传性神经退行性疾病的发生。这是近几个月来第二项发现咖啡产品对大脑健康有惊人益处的研究。今年9月,研究人员在绿咖啡豆中发现了一种化合物--三尖杉酯碱,它有望帮助维持衰老大脑的记忆和认知功能。这项研究发表在《环境研究》杂志上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398987.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1398987.htm

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