CRCNS: Deep Neural Network Approaches for Closed-Loop Deep Brain Stimulation
CRCNS:用于闭环深部脑刺激的深度神经网络方法
基本信息
- 批准号:10021999
- 负责人:
- 金额:$ 22.87万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-09-30 至 2021-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAffectAgeAlgorithmsArtificial IntelligenceBasal GangliaBehaviorBehavioralBerlinBiological MarkersBradykinesiaBrainBrain regionCell NucleusCharacteristicsChronicClassificationClinicalComplexComputing MethodologiesCustomDataData CollectionDeep Brain StimulationDetectionDevelopmentDiseaseElectrocorticogramElectrodesEnvironmentEpilepsyEvolutionFrequenciesFutureGoalsHospitalsHumanImplantIntelligenceInvestigationJointsKnowledgeLeadLifeLocationMachine LearningMapsMeasuresMedicineMethodsModelingMotorMovementMovement DisordersNeuronsNeurosciencesNoiseOperative Surgical ProceduresParkinson DiseaseParkinsonian DisordersPathologicPatientsPerformancePeriodicityPhysiologicalPilot ProjectsPopulationProceduresRecurrenceReportingResearchSeriesSeveritiesSignal TransductionSpecificitySymptomsTechniquesTestingTherapeuticTimeTrainingTremorUniversitiesValidationWorkartificial neural networkbasecohortcomputer frameworkdeep learningdeep neural networkdesignexperienceimplantationimprovedinnovationinterestlearning strategymachine learning algorithmmultidisciplinaryneuropsychiatric disorderneurosurgerynovelnovel strategiesreconstructionreduce symptomsremote sensorsymptomatologytranslational neuroscience
项目摘要
The discovery that aberrant synchronization of rhythmic neuronal activity recorded in PD
patients is suppressed by DBS has advanced the concept that measures associated with
pathological activity may be used as biomarkers to control the delivery of DBS therapy. Pilot
studies of aDBS in PD have reported promising clinical results from triggering DBS stimulation
when the signal recorded from the DBS electrode showed a high level of oscillatory power in the
beta frequency range (13 – 35 Hz). That approach, however, has important limitations. Most
importantly, beta power recorded from the DBS lead is suppressed by movement including PD
tremor, its detection is highly dependent on lead location and the recording montage needed to
record during stimulation is incompatible with directional current steering, a recent innovation
employing segmented stimulation contacts. The inherent complexity of the increased parameter
space through DBS innovations also overwhelms standard programming techniques. Finally,
use of additional biomarker signals (e.g., recorded from cortex) is likely to improve the ability to
adaptively control DBS for disorders marked by complex multidimensional symptomatologies
such as PD. The current proposal will establish methods for overcoming these limitations by
developing techniques for multi-feature classification from ECoG recordings, using advanced
machine learning algorithms. The proposed research builds upon the extensive and unique
experiences with multi-day, extra-operative recording from DBS leads in patients at Charité
Hospital and intraoperative ECoG and DBS recording from patients at the University of
Pittsburgh, in order to develop computational methods to advance closed-loop, adaptive DBS
(aDBS) strategies for movement disorders.
发现PD中记录的节律性神经活动异常同步
患者受到 DBS 抑制,提出了以下概念:
病理活动可用作生物标志物来控制 DBS 治疗的实施。
aDBS 在 PD 中的研究报告了触发 DBS 刺激的有希望的临床结果
当 DBS 电极记录的信号显示出高水平的振荡功率时
然而,这种方法有很大的局限性。
重要的是,从 DBS 引线记录的 beta 功率受到包括 PD 在内的运动的抑制
震颤,其检测高度依赖于引线位置和所需的记录蒙太奇
刺激期间的记录与定向电流控制(最近的一项创新)不兼容
采用分段刺激接触增加参数的固有复杂性。
DBS 创新带来的空间也压倒了标准编程技术。
使用额外的生物标志物信号(例如,从皮层记录的)可能会提高
针对以复杂多维症状为特征的疾病适应性控制 DBS
当前的提案将通过以下方式建立克服这些限制的方法。
使用先进的技术,从 ECoG 记录中开发多特征分类技术
所提出的研究建立在广泛且独特的基础上。
Charité 医院 DBS 导联对患者进行多天术外记录的经验
大学患者的医院和术中 ECoG 和 DBS 记录
匹兹堡,为了开发计算方法来推进闭环、自适应 DBS
(aDBS) 运动障碍策略。
项目成果
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