北卡羅來納州達(dá)勒姆——杜克大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師開發(fā)了一個(gè)開源軟件平臺，可以自動(dòng)進(jìn)行 3D 電神經(jīng)刺激建模。這可能使研究人員能夠預(yù)測特定神經(jīng)將如何響應(yīng)來自定制電極的不同刺激模式。
研究人員希望該平臺能夠幫助研究人員為各種疾病(包括糖尿病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和心血管疾病)創(chuàng)建準(zhǔn)確的新療法模型。
就像心臟起搏器一樣，神經(jīng)刺激裝置被植入體內(nèi)，并被編程為將有針對性的電脈沖發(fā)送到神經(jīng)中。這些電脈沖可能會(huì)啟動(dòng)或抑制神經(jīng)中的信號，改變器官功能的調(diào)節(jié)并可能治療疾病。在某些情況下，神經(jīng)刺激是一種很有前途的藥物替代品。
這項(xiàng)研究于 8 月 26 日在線發(fā)表在PLOS 計(jì)算生物學(xué)雜志上。
某些電刺激療法，如迷走神經(jīng)刺激，已經(jīng)被證明可以有效治療癲癇和抑郁癥等對傳統(tǒng)藥物療法無反應(yīng)的患者。
Warren Grill 生物醫(yī)學(xué)工程實(shí)驗(yàn)室的研究主任 Nicole Pelot 說：“盡管臨床前數(shù)據(jù)很有希望，但將神經(jīng)刺激轉(zhuǎn)化為臨床仍然具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)閯?dòng)物和人類之間甚至人與人之間的神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)存在很大差異。”在杜克大學(xué)。“這些變化需要選擇不同的電極或刺激參數(shù)來實(shí)現(xiàn)有針對性的反應(yīng)，這可能有點(diǎn)像猜謎游戲。”
雖然計(jì)算建模允許研究人員避免在電刺激中進(jìn)行一些猜測，但建模過程非常復(fù)雜，這通常限制了專家開發(fā)人員的使用，并限制了模型的再現(xiàn)性和重用性。Grill 是杜克大學(xué) Edmund T. Pratt, Jr. 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院特聘教授，在過去四年中一直與他的同事一起開發(fā)解決方案。
格里爾說，ASCENT，或表征電神經(jīng)閾值的自動(dòng)模擬，使神經(jīng)刺激建模更容易、可重復(fù)和高效。它允許研究人員定義各種信息，如神經(jīng)幾何結(jié)構(gòu)、纖維模型、電極設(shè)計(jì)和刺激波形，然后模擬神經(jīng)對電脈沖的反應(yīng)。
ASCENT 的自動(dòng)化允許用戶從以前發(fā)表的研究中復(fù)制模型，將可能需要數(shù)年的過程變成可能只需要幾周或幾天的過程。
“我們設(shè)計(jì)了代碼，使其具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，”Grill 實(shí)驗(yàn)室的本科研究助理 Jake Cariello 補(bǔ)充道。“我們將復(fù)雜的系統(tǒng)分解為其子組件，每個(gè)子組件都是可定制的。”
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