Neurostimulation by Ultrasound: Physical, Biophysical and Neural Mechanisms

超声神经刺激:物理、生物物理和神经机制

基本信息

  • 批准号:
    8765479
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 71.84万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-09-01 至 2018-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): The goal of this project is to understand the effects of ultrasound (US) on neural activity. US can modify action potential activity in neurons in vitro and in vivo without damaging neural tissue. This phenomenon can be applied in powerful new tools for basic and clinical neuroscience, with broad impact on public health issues related to mental and neurological disorders. To guide and hasten the development of these new tools, our research will provide insight into the physical, biophysical and neural mechanisms underlying US neurostimulation. Our approach is unique in combining technology development with mechanistic studies of US neurostimulation at levels of complexity ranging from the single cell to the whole animal. Our prior and preliminary results suggest that US radiation force causes tissue displacement, resulting in cell membrane strain and thereby affecting neural activity through changes in ion channel activity or neurotransmitter exocytosis. We will investigate this hypothesis by combining US neurostimulation with EEG recording and radiation force imaging in rats, optical displacement measurements and multielectrode recording in the salamander and rat retina in vitro and in vivo, and electrophysiological measurements of ion channel activity and exocytosis in single HEK and PC12 cells. We will also test alternative hypotheses related to two other physical effects of US, cavitation and heating. To distinguish these mechanisms from radiation force we will examine the dependence of US neurostimulation on frequency and intensity. To facilitate these experiments, we will develop and implement new US devices, allowing US to be applied with multifocal and micron-scale resolution. US neurostimulation is likely to have significant impact on public health. Brain stimulation therapies are used to treat Parkinson's disease, dystonia, and epilepsy and hold promise for many others. Compared to current brain stimulation techniques that rely on invasive implanted electrodes or have limited spatial resolution and depth penetration (e.g., transcranial magnetic stimulation), US offers an ideal combination of spatial resolution, depth penetration, and non-invasiveness. US neurostimlation can also be implemented in prosthetic devices; for example, to stimulate retinal circuitry to restore vision. In addition, US neurostimulation promises to become an enormously useful research tool in basic neuroscience, and is therefore relevant to all mental and neurological disorders of public health concern. However, all of these outcomes depend on the ability to apply US neurostimulation safely and with well-controlled, predictable results. Achieving this goal requires a detailed mechanistic understanding of US neurostimulation that our multidisciplinary research project will provide.
描述(由申请人提供):该项目的目标是了解超声波(US)对神经活动的影响。 US 可以在体外改变神经元的动作电位活动 在体内不损伤神经组织。这种现象可以应用于基础和临床神经科学的强大新工具,对与精神和神经疾病相关的公共卫生问题产生广泛影响。为了指导和加速这些新工具的开发,我们的研究将深入了解美国神经刺激背后的物理、生物物理和神经机制。 我们的方法是独特的,它将技术开发与美国神经刺激的机制研究相结合,其复杂程度从单细胞到整个动物。我们之前和初步的结果表明,美国辐射力会导致组织移位,导致细胞膜应变,从而通过离子通道活性或神经递质胞吐作用的变化影响神经活动。我们将通过将US神经刺激与大鼠脑电图记录和辐射力成像相结合、蝾螈和大鼠视网膜的体外和体内光学位移测量和多电极记录以及单个HEK和胞吐作用的离子通道活性和胞吐作用的电生理学测量来研究这一假设。 PC12细胞。我们还将测试与超声波的另外两种物理效应(空化和加热)相关的替代假设。为了区分这些机制和辐射力,我们将检查美国神经刺激对频率和强度的依赖性。为了促进这些实验,我们将开发和实施新的超声设备,使超声能够以多焦点和微米级分辨率应用。 美国的神经刺激可能会对公众健康产生重大影响。脑刺激疗法用于治疗帕金森病、肌张力障碍和癫痫,并为许多其他疾病带来希望。与目前依赖侵入性植入电极或空间分辨率和深度穿透有限(例如经颅磁刺激)的脑刺激技术相比,US 提供了空间分辨率、深度穿透和非侵入性的理想组合。美国神经刺激也可以在假肢装置中实施;例如,刺激视网膜电路以恢复视力。此外,美国神经刺激有望成为基础神经科学中非常有用的研究工具,因此与公共健康问题的所有精神和神经疾病相关。然而,所有这些结果都取决于安全应用美国神经刺激并获得良好控制、可预测结果的能力。实现这一目标需要我们的多学科研究项目将提供对美国神经刺激的详细机制了解。

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(1)

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 }}

STEPHEN A BACCUS其他文献

STEPHEN A BACCUS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('STEPHEN A BACCUS', 18)}}的其他基金

Neural processing of natural scenes in the visual cortex
视觉皮层自然场景的神经处理
  • 批准号:
    10660753
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Neurostimulation by Ultrasound: Physical Biophysical and Neural Mechanisms
超声神经刺激:物理生物物理和神经机制
  • 批准号:
    10709771
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Advanced Computing/Computational Core
高级计算/计算核心
  • 批准号:
    10213736
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Neural coding of interneuron populations in the retina
视网膜中间神经元群的神经编码
  • 批准号:
    10225643
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Neural coding of interneuron populations in the retina
视网膜中间神经元群的神经编码
  • 批准号:
    9189613
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Neural coding of interneuron populations in the retina
视网膜中间神经元群的神经编码
  • 批准号:
    10380747
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Neural coding of interneuron populations in the retina
视网膜中间神经元群的神经编码
  • 批准号:
    8810457
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Function and circuitry of adaptive inhibition in the retina
视网膜适应性抑制的功能和电路
  • 批准号:
    8660301
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Function and circuitry of adaptive inhibition in the retina
视网膜适应性抑制的功能和电路
  • 批准号:
    9892016
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Function and circuitry of adaptive inhibition in the retina
视网膜适应性抑制的功能和电路
  • 批准号:
    10328505
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:

相似国自然基金

泛素E3连接酶接头蛋白SPOP控制离子通道KCNQ1蛋白稳定性影响心肌细胞复极化的机制研究
  • 批准号:
    81800301
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
磁场对神经元动作电位产生与传导的影响
  • 批准号:
    51507046
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
钙钟和膜钟对窦房结自律性的影响及与房性心律失常相互作用的机制
  • 批准号:
    81271661
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    69.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
心脏再同步化治疗对失同步化心衰左心室电生理重构的影响
  • 批准号:
    81100126
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
L型钙离子通道的不同亚型在生理状态和尼古丁成瘾状态下对于腹侧被盖区多巴胺细胞放电行为的影响及其机制
  • 批准号:
    31000483
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Peripheral and central contributions to auditory temporal processing deficits and speech understanding in older cochlear implantees
外周和中枢对老年人工耳蜗植入者听觉时间处理缺陷和言语理解的贡献
  • 批准号:
    10630111
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Peripheral and central contributions to auditory temporal processing deficits and speech understanding in older cochlear implantees
外周和中枢对老年人工耳蜗植入者听觉时间处理缺陷和言语理解的贡献
  • 批准号:
    10444172
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Optimizing cochlear implants for music perception
优化人工耳蜗的音乐感知
  • 批准号:
    10463082
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Optimizing cochlear implants for music perception
优化人工耳蜗的音乐感知
  • 批准号:
    10544724
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
Role of Macrophages on Tissue Remodeling Following Cochlear Implantation
巨噬细胞在人工耳蜗植入后组织重塑中的作用
  • 批准号:
    10407051
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 71.84万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了