体积最小 效率最高的无线神经刺激器

2016年，加州大学伯克利分校的工程师展示了第一台植入式超声神经尘埃传感器，这使得Fitbit式设备可以实时监测内部神经，肌肉或器官。现在，伯克利工程师通过构建迄今为止最小体积，最高效的无线神经刺激器，使神经尘埃向前迈进了一步。

这种被称为StimDust的设备，用于刺激神经尘埃，为神经尘埃增加了更复杂的电子设备，同时又不牺牲技术的微小尺寸或安全性，大大扩展了神经尘埃应用的范围。研究人员的目标是通过微创手术将StimDust植入体内，以实时，针对患者的方法监测和治疗疾病。StimDust的体积仅为6.5立方毫米，并通过超声波无线供电，然后该设备用于以82%的效率为神经刺激提供动力。

“StimDust是我们所知道的最小的深层组织刺激器，它能够刺激周围神经系统中几乎所有主要的治疗目标，”Rikky Muller说，他是该工作的联合负责人，也是电气工程和计算机的助理教授。伯克利的科学。“这种装置代表了我们的愿景，即拥有可以微创方式植入的微小装置来调节或刺激周围神经系统，这已被证明可有效治疗多种疾病。”

该研究将于4月10日在圣地亚哥举行的IEEE定制集成电路会议上公布。该研究小组由神经尘埃的发明者之一，伯克利电气工程和计算机科学教授Michel Maharbiz共同领导。

由伯哈利电气工程和计算机科学教授，海伦威尔斯神经科学研究所的成员Maharbiz和Jose Carmena领导的伯克利神经尘埃的创造，为通过微小的大脑和周围神经系统进行无线通信打开了大门。由超声波供电的体内可植入装置。世界各地的工程团队现在正在使用神经尘埃平台来构建可通过超声波无线充电的设备。

Maharbiz想出了使用超声波为非常小的植入物供电和通信的想法。该小组与伯克利教授Elad Alon和Jan Rabaey一起开发了技术框架，以展示超声波对植入式设备的扩展能力。

伯克利博士DJ Seo的早期工程工作 由Alon和Maharbiz共同建议的学生，接着是另一位伯克利博士Ryan Neely的实验验证。由Carmena建议的学生，为神经尘埃视觉奠定了基础。自神经尘埃发明以来的几年中，超声波被证明是最有前途的技术，用于为植入式设备供电和通信。

穆勒于2016年来到伯克利，一直是神经尘埃创新的关键驱动力。她的研究小组专门研究与人体的双向电子接口，特别是在大脑和周围神经系统中。她的团队一直在研究如何利用可传递给神经尘埃的能量。在StimDust，她的实验室采用了神经尘埃平台并构建了一个更有效的刺激器，可以包裹神经袖带，还可以记录，传输和接收数据。他们通过设计定制集成电路来实现这一目标，以便以良好控制，安全和有效的方式将超声波电荷转移到神经。

StimDust比研究团队所知道的具有类似功能的任何有源设备小一个数量级。StimDust的组件包括单个压电晶体，它是系统的天线，1毫米集成电路和一个电荷存储电容器。StimDust底部有电极，通过包裹神经的袖带与神经接触。除了该设备，Muller的团队还设计了一种定制的无线协议，为他们提供了大范围的可编程性，同时保持了效率。整个设备仅由4微瓦供电，质量为10毫克。

在台面上测试StimDust之后，研究团队将其植入活啮齿动物中以在现实环境中进行测试。通过围绕坐骨神经的袖带，研究小组能够控制后腿运动，记录刺激活动并测量受刺激后后腿肌肉施加的力。研究人员然后逐渐增加刺激并绘制后腿肌肉的反应，以便他们能够确切知道需要多少刺激来进行所需的肌肉补充，这是一种医疗器械所需的复杂分析。

穆勒希望她的工作能够导致StimDust应用于治疗心脏不规则，慢性疼痛，哮喘或癫痫等疾病。

“我的小组的一个重要愿景是与神经系统建立这些非常有效的双向接口，并将其与智能结合起来，真正了解疾病的信号，然后能够以智能，有条理的方式治疗疾病，”穆勒说过。医疗保健应用程序有一个难以置信的机会，可以真正实现变革。“