無線光電平台的大腦療法

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此論文<Smart Autonomous Electro-Optic Platforms Enabling Innovative Brain Therapies>提出了一套完整的無線電光設備的設計，能應用在活體的神經細胞中進行光遺傳學和多通道電生理學。

為了確認無線設備可以運作，先在老鼠上進行測試。整個光電平台運作的流程如(圖1)。首先，透過電擊(electrode)紀錄神經活動。第二，透過神經記錄接口(Neural Recording interface)將類比訊號轉化成數位訊號，並且進行壓縮和儲存，將神經訊號上傳到雲端空間。接著。利用神經信號處理器(Neural Signal Processor)會分析和判斷神經的狀況。最後在設定的條件下去進行閉環光刺激(Optical Stimulation)。

(圖1) 光電平台運作示意圖

大腦治療

在最後的神經判斷，目前的判斷神經是否叢集式放電(burst)，是巴金森氏病病態生理的特徵之一。若此條件觸發光刺激去抑制神經活動，迅速的使叢集式放電停止。

裝置實際圖片

晶片顯微鏡照(圖2)，總重為1.03 公克。裝置的實際成品(圖3)，並且安裝在老鼠的頭上，上方裝有3公克的電池。安裝無線設備後老鼠仍能自由行走。

圖2

圖3

結論

此裝置目前應用於老鼠，日後移植到人體，將能為金森氏症的病人提供醫療輔助。目前腦機介面也在迅速的發展當中，當中的技術也能應用於腦機介面的開發。

撰文：謝明儒

參考資料

G. Gagnon-Turcotte, G. Bilodeau, O. Tsiakaka and B. Gosselin, "Smart Autonomous Electro-Optic Platforms Enabling Innovative Brain Therapies," in IEEE Circuits and Systems Magazine, vol. 20, no. 4, pp. 28-46, Fourthquarter 2020, doi: 10.1109/MCAS.2020.3027220.