Regenerative Ultramicroelectrode arrays for sensory-motor specific interfacing

用于感觉运动特定接口的再生超微电极阵列

基本信息

  • 批准号:
    10475261
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 56.07万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-01 至 2026-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary Approximately 4 million amputees globally, a number estimated to grow 200,000 annually. Upper limb amputees traditionally use passive, body powered, or electrically powered prostheses that use surface Electromyographic (EMG) signals from intact muscles in the residual limb for movement, despite the motion artifacts, variability and need of visual and/or surrogate sensory control by the user. Advanced peripheral nervous system (PNS) interfaces have been proposed as a viable mechanism to improve the control by amputees, by reading naturalistic sensory feedback from the robotic prosthetics. Unfortunately, current neural interfaces suffer from common challenges, and electrode failure, signal deterioration over time, EMG contamination and electrical and unstable sensory percepts, including “stings or tingles” remain a challenge. This study is uses two novel strategies designed to increase the selectivity of recording/stimulation at the PNS interface: 1) The use of an innovative regenerative multi-electrode interface with ultra-small recording sites using our recently developed ultra-thin multielectrode array , and 2) incorporation of molecular guidance cues to influence the type of sensory neurons at the neural interface. This selectivity Regenerative Ultramicro Multielectrode Array (RUMEA) is designed to discriminate between motor and cutaneous neural interfacing by combining it with molecular guidance to biologically engineer the content of sensory-motor axons at the electrode interface. Three specific aims are included: In SA1 36-electrode RUMAs, straight and Y-shape devices, will be fabricated and electrochemical and mechanical tested. In SA2 we seek to demonstrate selective recording from motor axons and evoke touch percepts using the RUMA. In SA3, we will demonstrate selective interfacing of motor and tactile axons in an upper limb amputee rat model of bidirectional Nerve Machine Interface using molecularly guided RUMAs. If successful, this strategy will demonstrate the benefit for using RUMA for selective recording from motor axons, and stimulation of sensory modality axons that evoke naturalistic sensory percepts. This advancement in peripheral neural interfaces for amputees, will reduce the cognitive burden for users of robotic prosthetics, and decrease the abnormal sensations associated with electrical stimulation in the PNS.
项目概要 全球约有 400 万截肢者,预计每年增加 20 万上肢患者。 截肢者传统上使用被动式、身体动力式或电动式假肢,这些假肢使用表面 来自残肢完整肌肉的肌电图 (EMG) 信号用于运动,尽管 运动伪影、可变性以及用户视觉和/或替代感官控制的需要。 周围神经系统(PNS)接口已被提议作为改善神经系统功能的可行机制。 不幸的是,截肢者通过读取机器人假肢的自然感官反馈来进行控制。 当前的神经接口面临着共同的挑战,电极故障、信号恶化 随着时间的推移,肌电图污染以及电和不稳定的感官知觉(包括“刺痛或刺痛”)仍然存在 这项研究使用了两种旨在提高选择性的新颖策略。 PNS 接口处的记录/刺激:1) 使用创新的再生多电极 使用我们最近开发的超薄多电极阵列与超小型记录站点连接,以及 2)结合分子引导线索来影响神经感觉神经元的类型 该选择性再生超微多电极阵列(RUMEA)旨在 通过将其与分子指导相结合来区分运动神经和皮肤神经接口 对电极界面处感觉运动轴突的内容进行生物工程改造有三个具体目标。 包括:在 SA1 36 电极 RUMA 中,将制造和 在 SA2 中,我们试图演示电机的选择性记录。 在 SA3 中,我们将演示轴突的选择性连接并使用 RUMA 唤起触觉感知。 使用双向神经机器接口的上肢截肢大鼠模型中的运动和触觉轴突 分子引导的 RUMA 如果成功,该策略将证明使用 RUMA 的好处。 运动轴突的选择性记录,以及唤起自然主义感觉模式轴突的刺激 截肢者周围神经接口的这一进步将降低认知能力。 减轻机器人假肢使用者的负担,并减少与电气相关的异常感觉 PNS 的刺激。

项目成果

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