[NPE] Neurophotonics

Neurophotonics 전기만을 이용해서 신경공학을 하기에는 여라 한계들이 있다. 최근에는 빛을 이용한 접근이 새롭게 나타나고 있다. Methods for electrical neural recording Electrical neural recording from brain Traditional electrode: microwire array Assembly of individually insulated metal wires Materials: Pt, W, Stainless steel, Indium, Pt/W, Pt/Ir Problems: only one site per wire, manual fabrication Silicon-based microelectrode array Silicon […]

[NPE] FES system

FES system Functional Electrical Stimulation 사지 거동이 불가능한 사람들의 근육에 전기 자극을 주어 근육울 움직이게 할 수 있게 하는 기술. 역사는 오래되었지만 현재까지도 잘 동작하는 시스템이 나오고 있지 않다. What is FES? A technique that uses electrical current to activate nerves innervating extremities affected by paralysis resulting from various neurological disorders Basic FES system 인공와우, […]

[NPE] Brain Machine Interface

Brain Machine Interface (BMI) BMI의 광의적 의미는 사람의 지능과 기계를 접속시키는 것이다. 구체적으로 표현하면 두뇌의 활동을 기록하고, 신호를 해석하여 유용한 방법으로 사용하는 것이 목적이다. 전쟁, 사고 등의 이유로 팔다리를 잃어 혹은 신경의 문제로 움직일 수 없는 환자들에게 근육 혹은 신경을 대신할 수 있는 robotic arm이 BMI의 대표적인 예시이다. Motivation for BCI/BMI research Two ways to […]

[NPE] Nerve Regeneration

Peripheral Nerve Regeneration Earlier studies of Nerve Regeneration clinical: surgery, transplantation biological: stem cell biochemical: nerve growth factor biomaterial: conduit & scaffold electrical stimulation Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs) 다능성이 없는 성인의 피부세포와 같은 체세포에 역분화를 일으키는 4가지 특정 유전자를 도입한 후 발현시키거나 역분화를 일으키는 4가지 유전자가 도입된 세포에서 만들어진 역분화 유도 단백질을 추출하여 이를 […]

[NPE] Cochlear implants – Speech processing strategy

Speech processor Taxonomy of Speech Sounds Voiced or unvoiced (유성음 vs. 무성음) All the voewels are voiced sounds Consonants are voiced or unvoiced sounds Voiced sounds are resonant. Unvoiced sounds are noisy. Vowels position of articulators: high, mid, low shoae of lips: rounded or not -place of constriction: front, central, retroflex Vocoder Vocoder (Voice coder) […]

[NPE] Cochlear implant – Electrode

Elements and functions they replace 1. Sound collection & mechanical amplification microphone, automatic gain control 2. Tonotopy of basilar membrane Bandpass filter array(filter bank) Fast Fourier Transform 3. Damaged inner hair cells Multichannel elctrode sites 4. Auditory nerve activation by neurotransmitter release(chemical link) Electrical stimulation of the auditory nerve (electraical link) 1. Microphone directional, 방향성이 […]

[BME] Cochlear implant – Physiology

Physiology Middle ear – Ossicles malleus incus stapes Tympanic membrane and 3 ossicles that enhances the sound pressure before passing it on to the inner ear, by leverage TM area : Stapes area = 10 : 1 Cochlea : first system to perform analysis of sound Von Bekesy’s Place Theory Traveling wave가 달팽이관의 기저막에 존재하는데 […]

[BME] Biopotentials (ECG, EMG, EEG)

Biopotentials Broadband Neural Siganl = Spikes(High frequency) + Local field potential(LFP, Low frequency) Electrogram 1. Electrocardiogram (ECG) Lead I, II, III Standard line lead: bipolar measurement 두 개의 전극을 가지고 +/- input terminal에 연결 나머지 전극은 ground input에 연결 aVR, aVL, aVF Augmented lead: unipolar measurement 한 lead를 (+), 나머지 두 개의 전극을 묶어서 (-) […]

[BME] Neural interface modeling

Neural Recording Situation Nerve cell과 Electrode 사이의 저항을 R_{spread} 라고 표현했을 때 이 값을 줄이는 방법 중 하나는 전극을 세포 가까이에 위치시키는 것이다. R_{seal}을 Ground로 빠져나가는 전하의 손실이다. 결론적으로 R_{spread}와 Ze는 작게, R_{seal}은 큰 것이 이상적이다. 모든 insulator는 capacity가 있다. 신경세포를 대표하는 등가회로인 허치킨-헉슬리 모델 전극 impedance(정확하게는 전극 to electrolyte 계면의)를 대표하는 Ze 모델 Amplifier를 […]