Computer-Modellierung, um vorherzusagen, wie die peripheren Nerven axon reagiert auf elektrische Reize

Forscher an der Case Western Reserve University entwickelten ein computer-modeling-Methode, um genau Vorhersagen, wie einen peripheren Nerven axon reagiert auf elektrische Reize, Hieb die komplexe Arbeit von einem inhibitorischen Wochen-langen Prozess nur ein paar Sekunden.

Die Methode, die es ermöglicht eine effiziente Auswertung der Nervenzellen, die Antwort auf Millionen von Elektroden-designs, ist ein wesentlicher Schritt in Richtung auf die Errichtung präziser und fähig, Elektroden, um Nerven zu stimulieren und ermöglichen so Menschen mit Lähmungen oder amputierte Gliedmaßen eine bessere Kontrolle der Bewegung.

Zur Erhöhung der Genauigkeit der Ergebnisse, die die Forscher ein parameter übersehen, die in den vergangenen mathematische Ansätze, die die waren gleich schnell, aber ungenau. Mit den neuen Techniken, Elektroden-design kann optimiert werden mit hochentwickelten algorithmen basierend auf natürlichen Genetik.

Eine Erklärung der Arbeit, die das team hofft, dass andere in dem Bereich wird, frei zu verwenden, und eine zweite Methode, die einfacher und schneller ist, aber sich als weniger wirksam, sind jetzt online in der Fachzeitschrift Journal of Neural Engineering.

„Wir glauben, dies wird es erlauben, die nächste generation von computer-aided-Entwicklung von Elektroden“, sagte Dustin Tyler, associate professor für biomedizinische Technik an der Case School of Engineering und senior-Autor des Papiers.

Seit seinem Diplom-Tage in der Schule, Tyler, wurde die Entwicklung von Elektroden, die zum stimulieren der Nerven in den gelähmten Patienten und amputierte. Nehmen Sie den großen Schritt vom Tiermodell auf klinische Studien mit Menschen kann verbessert werden, mit besseren computer-modeling, sagte er.

„Die Suche nach der optimalen Art und Weise zu stimulieren, ein Nerv ist eine Art, wie die ‚travelling salesman‘ versucht, herauszufinden, welche ist die effizienteste route durch eine Gruppe von Städten,“ sagte Tyler.

Die Abbildung jeder möglichen route und berechnen die Zeit auf der Straße verbracht, ist sehr schwer zu tun mit einer einfachen Gleichung.

Aber, unter Verwendung einer komplexen mathematischen Formel genannt genetischen Algorithmus gleichzeitig betrachten alle Routen, oder in Tyler ‚ s Dilemma-Elektroden-designs, und die Ermittlung der besten erfordert, dass jedes design bewertet werden, in Bruchteilen von Sekunden. Dies war nicht früher möglich.

Der genetische Algorithmus ahmt den Prozess der natürlichen Selektion, gen-Rekombination und mutation in der Natur gesehen. Oder, in diesem Fall wird berücksichtigt, welche Anteile von einem neuron zu stimulieren, wie viel, mit wie vielen points-of-contact und mehr Variablen.

Durch hinzufügen einer Variablen: das Ausmaß, die Spannung außerhalb der Zelle hergestellt, indem die Elektrode, Tyler ‚ s-Gruppe erhöht die Genauigkeit über die aktuellen techinques.

Sie verwendet das free-online Nerven Simulationsumgebung NEURON entwickelt an der Yale University. Die Daten, die das team verwendet, enthalten ist in den zusätzlichen Materialien, die von Papier und kann kostenlos heruntergeladen werden, sagt Erik Petersen, Doktorand an der Case Western Reserve und führen Autor. Der Dritte Autor ist Oliver Izad, ein ehemaliger master-student in Tyler ‚ s lab.

Ihre Methode wurde speziell für die peripheren motorischen Nervenzellen, Axone. Nerven-Zellen mit verschiedenen Strukturen, wie z.B. in Gehirn, Rückenmark oder Organe werden noch untersucht.

Die Forscher entwickeln nun Parameter, die würde berücksichtigen, um diese Variationen in der Struktur zu erweitern, die Methode funktioniert für alle von Ihnen, weiteren Schnitt benötigte Zeit, um die Entwicklung realistischer Modelle.

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