Optimized Electrical Block of Peripheral Nerves

优化周围神经电阻滞

基本信息

  • 批准号:
    10583031
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45.71万
  • 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:
    2023-01-15 至 2027-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Electrical block of neural conduction has myriad potential clinical applications including treatment of pain and autonomic dysfunction such as heart failure, diabetes and inflammation. However, these therapeutic targets require block of small diameter myelinated Ad- and B-fibers and unmyelinated C-fibers, while the majority of prior studies of block were on block of large diameter myelinated Aa-fibers. The continued development of nerve block and its clinical translation are limited by: (1) the high energy required for conduction block, especially for the small diameter nerve fibers most relevant for bioelectronic therapies, (2) the strong excitatory response that occurs at the onset of blocking signals, which is likely to be exacerbated by the high block thresholds of small diameter axons, and (3) the lack of control over which specific nerve fibers are blocked, such that blocking small diameter axons also results in block of larger diameter axons. We propose rigorous engineering design to optimize the performance of nerve block waveforms and electrodes and in vivo testing of their performance in both small and large animals. Aim 1 is to optimize simultaneously the waveform and electrode geometry to meet each of three distinct performance criteria: minimize energy required for block, minimize onset response associated with the initiation of block, and enable selective block of small diameter axons (myelinated Ad- or B- fibers or unmyelinated C-fibers) while preserving conduction in large diameter Aa-fibers. We will combine validated computational models with engineering optimization via a particle swarm algorithm to design new waveform shapes and electrode geometries to achieve our performance metrics and thereby greatly increase the utility of nerve conduction block. In Aim 2, we will measure the responses of different types of nerve fibers (A-, B-, and C-fibers) in both the vagus nerve and the sciatic nerve of anesthetized rats to compare the performance of optimized block waveforms and electrode geometries to conventional waveform shapes (sinusoids, rectangular pulses) and electrode geometries (bipolar, tripolar) used for block of nerve fiber conduction. In Aim 3 we will measure both nerve fiber responses and physiological responses, including electromyograms and changes in heart rate, to block of the pig vagus nerve to quantify performance, including energy, onset response, and selectivity, in a large, multi-fascicular nerve that represents well human nerves. The outcomes will be novel waveforms and electrode geometries that overcome the performance limitations of current approaches to conduction block including the high energy requirements, the strong excitatory onset response, and the lack of control over which specific nerve fibers are blocked. These enhanced capabilities will advance electrical nerve block as an experimental tool and provide technologies to enable the continued translation of new bioelectronic therapies.
神经传导的电阻滞具有无数潜在的临床应用,包括治疗疼痛和 自主神经功能障碍,如心力衰竭、糖尿病和炎症。然而,这些治疗靶点 需要小直径有髓鞘 Ad 纤维和 B 纤维以及无髓鞘 C 纤维块,而大多数先前的 阻滞的研究是针对大直径有髓鞘 Aa 纤维的阻滞。神经阻滞的不断发展 其临床转化受到以下限制:(1)传导阻滞所需的能量较高,特别是对于 与生物电子疗法最相关的小直径神经纤维,(2)强烈的兴奋反应 发生在阻塞信号开始时,小信号的高阻塞阈值可能会加剧这种情况 直径轴突,以及(3)缺乏对哪些特定神经纤维被阻塞的控制,使得阻塞小 直径轴突也会导致较大直径轴突的阻塞。我们提出严格的工程设计 优化神经阻滞波形和电极的性能并对其性能进行体内测试 小型和大型动物。目标 1 是同时优化波形和电极几何形状以满足 三个不同的性能标准中的每一个:最小化阻滞所需的能量,最小化起始响应 与阻滞的启动相关,并能够选择性阻滞小直径轴突(有髓鞘的 Ad- 或 B-) 纤维或无髓鞘 C 纤维),同时保持大直径 Aa 纤维的传导。我们将结合 通过粒子群算法验证计算模型和工程优化,以设计新的 波形形状和电极几何形状以实现我们的性能指标,从而大大提高 神经传导阻滞的效用。在目标 2 中,我们将测量不同类型神经纤维的反应 (A、B 和 C 纤维)在麻醉大鼠的迷走神经和坐骨神经中进行比较 优化块波形和电极几何形状与传统波形形状的性能 用于阻滞神经纤维的(正弦曲线、矩形脉冲)和电极几何形状(双极、三极) 传导。在目标 3 中,我们将测量神经纤维反应和生理反应,包括 肌电图和心率变化,阻断猪迷走神经以量化性能,包括 代表人类神经的大型多束神经的能量、起始反应和选择性。 结果将是新颖的波形和电极几何形状,克服了性能限制 目前传导阻滞的方法包括高能量需求、强兴奋性发作 反应,以及缺乏对哪些特定神经纤维被阻断的控制。这些增强的功能将 推进电神经阻滞作为一种实验工具,并提供技术以实现持续的 新生物电子疗法的翻译。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Warren M. Grill其他文献

Attenuating midline thalamus bursting to mitigate absence epilepsy
减弱中线丘脑爆发以减轻失神性癫痫
  • DOI:
    10.1101/2023.09.18.558258
  • 发表时间:
    2023-09-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ping Dong;Konstantin Bakhurin;Yuhui Li;Mohamad A. Mikati;Jianmin Cui;Warren M. Grill;Henry H. Yin;Huanghe Yang
  • 通讯作者:
    Huanghe Yang
Fascicles Split or Merge Every ~560 Microns Within the Human Cervical Vagus Nerve
人类颈迷走神经内束每约 560 微米分裂或合并
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Aniruddha R. Upadhye;Chaitanya Kolluru;Lindsey N. Druschel;Luna Al Lababidi;Sami S. Ahmad;Dhariyat M. Menendez;Ozge N. Buyukcelik;Megan L. Settell;Stephan L Blanz;Michael W. Jenkins;David L Wilson;Jing Zhang;Curtis Tatsuoka;Warren M. Grill;N. Pelot;K. Ludwig;Kenneth J. Gustafson;Andrew J. Shoffstall
  • 通讯作者:
    Andrew J. Shoffstall
Average firing rate rather than temporal pattern determines metabolic cost of activity in thalamocortical relay neurons
平均放电率而不是时间模式决定丘脑皮质中继神经元活动的代谢成本
  • DOI:
    10.1038/s41598-019-43460-8
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Guosheng Yi;Warren M. Grill
  • 通讯作者:
    Warren M. Grill
In vivo quantification of excitation and kilohertz frequency block of the rat vagus nerve
大鼠迷走神经兴奋和千赫兹频率块的体内定量
  • DOI:
    10.1088/1741-2552/ab6cb6
  • 发表时间:
    2020-01-16
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    N. Pelot;Warren M. Grill
  • 通讯作者:
    Warren M. Grill
Analysis of High-Perimeter Planar Electrodes for Efficient Neural Stimulation
用于高效神经刺激的高周长平面电极分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Xuefeng F. Wei;Warren M. Grill
  • 通讯作者:
    Warren M. Grill

Warren M. Grill的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Warren M. Grill', 18)}}的其他基金

NeuroSimNIBS: Integrated electric field and neuronal response modeling for transcranial electric and magnetic stimulation
NeuroSimNIBS:用于经颅电和磁刺激的集成电场和神经元反应模型
  • 批准号:
    10345305
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
NeuroSimNIBS: Integrated electric field and neuronal response modeling for transcranial electric and magnetic stimulation
NeuroSimNIBS:用于经颅电和磁刺激的集成电场和神经元反应模型
  • 批准号:
    10611858
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
Temporal Patterns of Spinal Cord Stimulation
脊髓刺激的时间模式
  • 批准号:
    9898687
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
Modeling Activation and Block of Autonomic Nerves for Analysis and Design
自主神经激活和阻滞建模用于分析和设计
  • 批准号:
    10003460
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
Modeling Activation and Block of Autonomic Nerves for Analysis and Design
自主神经激活和阻滞建模用于分析和设计
  • 批准号:
    10461325
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
Modeling Activation and Block of Autonomic Nerves for Analysis and Design
自主神经激活和阻滞建模用于分析和设计
  • 批准号:
    10187336
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
Recording Evoked Potentials for Closed-Loop DBS
记录闭环 DBS 诱发电位
  • 批准号:
    8852410
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
Recording Evoked Potentials for Closed-Loop DBS
记录闭环 DBS 诱发电位
  • 批准号:
    8501710
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
Recording Evoked Potentials for Closed-Loop DBS
记录闭环 DBS 诱发电位
  • 批准号:
    8720076
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
Recording Evoked Potentials for Closed-Loop DBS
记录闭环 DBS 诱发电位
  • 批准号:
    8335751
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:

相似国自然基金

基于肿瘤病理图片的靶向药物敏感生物标志物识别及统计算法的研究
  • 批准号:
    82304250
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
多模态高层语义驱动的深度伪造检测算法研究
  • 批准号:
    62306090
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
高精度海表反照率遥感算法研究
  • 批准号:
    42376173
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    51 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于新型深度学习算法和多组学研究策略鉴定非编码区剪接突变在肌萎缩侧索硬化症中的分子机制
  • 批准号:
    82371878
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于深度学习与水平集方法的心脏MR图像精准分割算法研究
  • 批准号:
    62371156
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Development of a regional anesthesia guidance system to increase patient access to opioid-sparing analgesia for hip fracture pain
开发区域麻醉引导系统,以增加患者获得髋部骨折疼痛的阿片类药物保留镇痛的机会
  • 批准号:
    10759550
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
Wearable Wireless Respiratory Monitoring System that Detects and Predicts Opioid Induced Respiratory Depression
可穿戴无线呼吸监测系统,可检测和预测阿片类药物引起的呼吸抑制
  • 批准号:
    10784983
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
A mechanistic understanding of treatment-related outcomes of sleep disordered breathing using functional near infrared spectroscopy
使用功能性近红外光谱从机制上理解睡眠呼吸障碍的治疗相关结果
  • 批准号:
    10565985
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
Neural Correlates of Auditory, Visual, and Audiovisual Motion Perception in Macaque Extrastriate Cortex
猕猴纹状体外皮层听觉、视觉和视听运动知觉的神经相关性
  • 批准号:
    10751148
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
Cardiac sURgery anesthesia Best practices to reduce Acute Kidney Injury (CURB-AKI)
心脏手术麻醉减少急性肾损伤 (CURB-AKI) 的最佳实践
  • 批准号:
    10656576
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 45.71万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了