A New Animal Model for Developing a Somatosensory Neural Interface

用于开发体感神经接口的新动物模型

基本信息

  • 批准号:
    7383766
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15.42万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2007-03-15 至 2010-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The NIH neuroprosthesis program has fostered so much success in the area of cortically controlled neuroprostheses that the FDA has approved multiple human trials to test the safety and efficacy of cortical implants for brain machine interfaces (BMI). An important application of BMI technologies is the direct cortical control of prosthetic limbs. However, a critical gap in this effort is the lack of somatosensory feedback which is needed to support proprioception and tactile sensations for the artificial limb. We propose that multichannel microstimulation of primary afferent neurons in the dorsal root ganglia (DRG) would provide a viable and preferred route for restoring natural sensation of limb posture, movement, force, and tactile sensation. This approach is similar, in principle, to that of the cochlear implant, which uses multichannel electrical stimulation of auditory nerves to restore hearing to people with profound deafness. The primary objective of the proposed research is to create a new animal (cat) model for developing a neural interface with somatosensory afferent neurons in the cervical DRG. Our approach builds on our previous success with obtaining acute and chronic single unit recordings from large numbers of primary afferents in the lumbar DRG of cats (Stein et al. 2004; Weber et al. 2006). The proposed model will serve two important goals: 1) the development of a somatosensory neural interface for the neuroprosthetic applications described above and 2) basic investigations into the sensory feedback control of arm movement. It is useful to pursue these goals in parallel, because a comprehensive understanding of the role and nature of sensory feedback related to limb-state will guide the design and implementation of neuroprostheses that interface directly with the nervous system for feedback and control. The goal of this proposal is to develop a technique for providing proprioceptive sensations to users of prosthetic limbs using multichannel electrical microstimulation of primary afferent neurons in the dorsal root ganglia (DRG). This approach is similar, in principle, to that of the cochlear implant which uses patterned electrical stimulation of auditory nerves to restore hearing to people with profound deafness. These experiments will quantify the extent to which artificial electrical stimulation of peripheral afferents can drive natural patterns of neuronal activity in somatosensory regions of the brain.
描述(由申请人提供):NIH神经假体计划在皮质控制的神经植物区域取得了很大的成功,以至于FDA批准了多次人类试验,以测试皮质植入物对脑机界面的安全性和功效。 BMI技术的重要应用是假肢的直接皮质控制。但是,这项工作中的一个关键差距是缺乏体感反馈,这是支持人造肢体的本体感受和触觉感觉所需的。我们提出,背根神经节(DRG)中原发性传入神经元的多通道微刺激将为恢复肢体姿势,运动,力和触觉感觉的自然感觉提供可行的首选途径。从原则上讲,这种方法与人工耳蜗的方法相似,该方法使用多通道的电刺激听觉神经来恢复对聋哑人的听力。拟议研究的主要目的是创建一种新的动物(CAT)模型,用于在宫颈DRG中使用体感传入神经元开发神经界面。我们的方法以我们先前的成功为基础,从猫的腰部DRG中获得了大量主要传入的急性和慢性单位记录(Stein等,2004; Weber等,2006)。提出的模型将实现两个重要目标:1)上述神经假体应用的体感神经界面的发展,以及2)对ARM运动的感觉反馈控制的基本研究。并行实现这些目标是有用的,因为对与肢体状态有关的感觉反馈的作用和性质的全面了解将指导与神经系统直接与神经系统接触以进行反馈和控制的神经预测的设计和实施。该提案的目的是开发一种技术,以使用背面根神经节(DRG)中主要传入神经元的多通道电气微刺激为假肢的用户提供本体感受。从原则上讲,这种方法与使用图案的电刺激听觉神经来恢复有耳聋的人的听力相似。这些实验将量化外围传入的人工电刺激可以在大脑体感地区驱动神经元活性的自然模式的程度。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A fuzzy logic model for hand posture control using human cortical activity recorded by micro-ECog electrodes.
使用微 ECog 电极记录的人类皮层活动进行手部姿势控制的模糊逻辑模型。
Task-related MEG source localization via discriminant analysis.
通过判别分析进行与任务相关的 MEG 源定位。
Neural interface technology for rehabilitation: exploiting and promoting neuroplasticity.
  • DOI:
    10.1016/j.pmr.2009.07.003
  • 发表时间:
    2010-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Wang, Wei;Collinger, Jennifer L;Perez, Monica A;Tyler-Kabara, Elizabeth C;Cohen, Leonardo G;Birbaumer, Niels;Brose, Steven W;Schwartz, Andrew B;Boninger, Michael L;Weber, Douglas J
  • 通讯作者:
    Weber, Douglas J
A computational model for estimating recruitment of primary afferent fibers by intraneural stimulation in the dorsal root ganglia.
  • DOI:
    10.1088/1741-2560/8/5/056009
  • 发表时间:
    2011-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Bourbeau DJ;Hokanson JA;Rubin JE;Weber DJ
  • 通讯作者:
    Weber DJ
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