无线大脑传感器可以将神经科学从电缆中解放出来
在杂志上的一项研究中神经元在美国，科学家们描述了一种新的高数据速率、低功耗的无线大脑传感器。该技术旨在使神经科学研究成为可能，目前无法通过电缆连接的传感器完成研究。
文中的实验证实了这种新能力。结果表明，该方法具有良好的应用前景技术在动物睡觉、醒来或运动时，从它们身上传递出丰富的、具有神经科学意义的信号。
“我们认为这是一个平台设备，可以利用丰富的电子信号大脑在动物模型中，它们的神经回路活动完全反映了意志和自然行为，而不受特定空间的限制，”布朗脑科学研究所的工程学教授、论文的高级通讯作者Arto Nurmikko说。“这使得新型的神经科学实验能够通过大量的大脑数据进行无线传输，并从大脑微电路中持续传输。”
这个定制设计的神经电子平台由两个部分组成:一个是最大尺寸只有5厘米、重量只有46.1克的100通道发射机，另一个是一个看起来像家用Wi-Fi路由器的四天线接收器，它采用了复杂的信号处理技术，在被测者四处移动时最大化发射机的信号。通过植入受试者头骨的一个小端口，发射器连接到一个微小的植入电极阵列，该电极阵列可以检测大脑皮层中大量神经元的活动。的无线发射机与多种类型和类别的大脑传感器兼容，Nurmikko说，展望未来传感器的发展
“我们的技术的独特之处在于，我们开发了这种紧凑的轻型神经传感器，它带有一个定制设计的低功率高效发射器，”论文的第一作者Ming Yin说，他在这项工作期间是布朗大学Nurmikko实验室的研究工程师。“它比商业802.11n收发器的耗电量少两个数量级，以在几米距离内广播同等速率的高速数据(高达每秒200兆)。低功耗和小体积，以及内置的静电放电保护功能，使我们的设备更安全，更实用的移动对象。”
在研究中，该团队证明，发射器可以在一个充电AA电池上连续运行48小时以上，因为它直接从大脑传输高速率的数据。
“大脑传感器为在自然和不受约束的环境中发展神经假体治疗打开了前所未有的机会，”研究合著者Grégoire Courtine说，他是EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne)的教授，他与Nurmikko的团队合作进行了这项研究。
行为示范
Courtine和共同主要作者David Borton帮助领导了实验，测试该系统是否能与普通有线系统的性能相匹配。他们与布朗大学和波尔多神经科学研究所的同事一起，还将其应用于两个行为任务中，以确保它传递了科学上有趣的神经模式。实验使用了欧洲项目NeuWalk开发的平台，该项目得到了欧盟900万欧元的投资支持。
在一个实验中，三只恒河猴在跑步机上散步，同时研究人员使用无线系统测量与大脑运动指令相关的神经信号。同时，他们使用其他传感器来测量腿部肌肉的活动。来自大脑的数据显示了与肌肉运动相关的清晰活动模式，这表明传感器可以研究大脑如何控制腿部。
“在这项研究中，我们能够观察运动过程中的运动皮层动态，从而深入了解大脑如何计算输出命令发送到腿部来控制行走，”现任布朗大学工程学助理教授的博尔顿说。
在另一项实验中，布朗大学和EPFL的研究人员利用这项技术连续观察动物在睡眠/觉醒周期中的大脑信号，不受电缆或电线的干扰。数据再次显示了与意识的不同阶段以及它们之间的转换相关的不同模式。
“我们希望无线神经传感器将改变典型范式神经科学研究使科学家能够在自然环境中探索神经系统，而不使用缆绳，”博尔顿说。在研究人员观察大脑活动的同时，受试者可以自由漫步、觅食、睡觉等。我们非常兴奋地看到神经科学社区如何利用这个平台。”
2013年，Yin、Borton和Nurmikko推出了一款相关的、具有不同设计的可植入无线大脑传感器。而这种新的头戴式传感器是为更广泛的研究用途而设计的大脑科学Nurmikko说，研究人员希望无线大脑传感器技术在未来几年也能在临床研究中发挥作用。
犹他州的贝莱德微系统公司(Blackrock Microsystems Inc.)已经获得了新技术中描述的技术的许可。尹现在也是该公司的一名工程师神经元在布朗大学学习商业发展。
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