Addressing the wireless power problem: A low-power hybrid radio for neuroscience experiments

解决无线电源问题:用于神经科学实验的低功耗混合无线电

基本信息

  • 批准号:
    10697023
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 56.73万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary Closed-loop stimulation is key to the study and treatment of neurological disorders. However, largely due to current wireless power demands, stimulation systems are restricted to wired connections, which impact natural behavior, induce motion artifacts, and limit complexity of study design. While a few wireless recording- only systems have been developed, the power demands of these devices prohibit the addition of wireless electrical stimulation while staying within size and weight limitations for smaller animal models. These limitations are roadblocks to the next phase of neuroscience research and clinical development. In this Phase I, 1.5 year, STTR project, Spike Neuro is partnering with Duke University to develop a novel low power hybrid backscatter radio frequency system to enable the commercialization of a series of wireless recording and electrical stimulation headstages for small and large animal electrophysiology research. This innovative wireless technology shifts the high-power demand features out of the headworn components to the base station, significantly reducing battery size and weight enabling the addition of the electrical stimulation components and allowing for more flexibility in recording only experiments. This development work will result in two headstage options for small animals with 5 and 16 channels of recording and 2 channels of electrical stimulation and two slightly larger systems for 32 and 64 channels of recording with 8 channels of electrical stimulation. Aim 1 focuses on the development of the 5 and 16 channel systems and the electrical stimulation integration. Aim 2 will build upon the efforts in Aim 1 to expand the system to up to 64 channels with 8 channels of electrical stimulation. Both aims will also include hardware and software integration with the Spike Neuro data acquisition system. Aim 3 will conclude with benchtop and in vivo validation of our system to demonstrate successfully achieving key features needed for a commercial wireless recording and stimulation headstage. This proposal brings together a strong team of experts in wireless technology, electrophysiology, and commercialization to develop a wireless system that meets the growing needs of the neuroscience community. The Phase I work will result in a multiple headstage options ready for commercialization while informing continued Phase II development. In our future work, we will continue to scale our system to increase channel count and reduce the latency of the closed-loop electrical stimulation.
项目概要 闭环刺激是神经系统疾病研究和治疗的关键。然而,很大程度上是由于 当前的无线电源需求,刺激系统仅限于有线连接,这会影响 自然行为,诱发运动伪影,并限制研究设计的复杂性。虽然有一些无线录音- 仅开发了系统,这些设备的电源需求禁止添加无线 电刺激,同时保持较小动物模型的尺寸和重量限制。这些 局限性是下一阶段神经科学研究和临床开发的障碍。 在这个为期 1.5 年的第一阶段 STTR 项目中,Spike Neuro 与杜克大学合作开发一种新型低 功率混合反向散射射频系统使一系列无线 用于小型和大型动物电生理学研究的记录和电刺激探头。这 创新的无线技术将高功率需求功能从头戴式组件转移到了 基站,显着减小电池尺寸和重量,从而增加电刺激 组件并允许在仅记录实验时具有更大的灵活性。 这项开发工作将为小动物提供两种头部选项,分别具有 5 和 16 通道记录 和 2 个电刺激通道以及两个稍大的系统,用于 32 和 64 通道记录 8 个电刺激通道。目标 1 重点开发 5 通道和 16 通道系统以及 电刺激整合。目标 2 将建立在目标 1 的基础上,将系统扩展到 64 个 具有 8 个电刺激通道。这两个目标还包括硬件和软件集成 与 Spike Neuro 数据采集系统。目标 3 将以我们的实验室和体内验证结束 系统展示了成功实现商业无线记录和所需的关键功能 刺激头部。 该提案汇集了无线技术、电生理学和 商业化,开发满足神经科学界不断增长的需求的无线系统。 第一阶段的工作将产生多种头部选项,为商业化做好准备,同时通知 继续二期开发。在未来的工作中,我们将继续扩展我们的系统以增加渠道 计数并减少闭环电刺激的延迟。

项目成果

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