El Fin Del Conocimiento - Vault 3 - G.TEC BCI & Neurotecnología Escuela de Primavera 2024 - Día 2

graph LR classDef gtec fill:#f9d4d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef stimulation fill:#d4f9d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef experiments fill:#d4d4f9, font-weight:bold, font-size:14px classDef applications fill:#f9f9d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef discussion fill:#f9d4f9, font-weight:bold, font-size:14px A["Principal"] --> B["Grunwald: configuración de investigación
de estimulación cerebral. 1"] A --> C["Configuración: estimulador, amplificador,
unidad de conmutación. 2"] C --> D["Bucle abierto: parámetros fijos,
bucle cerrado: retroalimentación de biomarcadores. 3"] C --> E["Control USB, disparo de hardware
más rápido. 4"] C --> F["G-Hysis Simulink: experimentos de
prototipado rápido. 5"] C --> G["Matriz de conmutación programable:
16 estim, 256 registros. 6"] G --> H["Conmutación rápida: 200 Hz,
mantener canales conectados. 7"] C --> I["Revisión de impedancia: 1 kOhm
a 1 MOhm, 20 Hz - 1 kHz. 8"] I --> J["Vistas espectrales y topográficas de
impedancia antes de la estimulación. 9"] C --> K["Interconectar estimulador, unidad de
conmutación según el caso de uso. 10"] A --> L["Aplicaciones clínicas: mapeo cerebral,
tratamiento de Parkinson y epilepsia. 11"] L --> M["ECS: inyección de corriente,
exhibir/inhibir función. 12"] M --> N["ECS: 300-500 µs, 2-15 mA,
pulsos de 50-60 Hz. 13"] M --> O["Efectos ECS: motor, sensorial,
respuestas perceptuales. 14"] M --> P["Demostración ECS: grabación en tiempo real,
canales de estim desconectados. 15"] L --> Q["CCEPs: 5-50 mA, 1 Hz,
mapea conectividad cortical. 16"] Q --> R["Cribado CCEP: estimulación
automática multi-sitio, registro. 17"] L --> S["DBS adaptativa: desencadenada por
alta beta en STN. 18"] S --> T["Demostración: umbral sinusoidal
desencadena DBS en tiempo real. 19"] A --> U["GTEC Unicorn vs Estim Pro,
experiencia de doctorado discutida. 20"] U --> V["Estim Pro: cableado, sin
tomografía de impedancia. 21"] U --> W["APIs: acceso de bajo nivel,
código central propietario. 22"] U --> X["Seleccionar canales de baja
impedancia para estimulación. 23"] U --> Y["La impedancia varía con
frecuencia, propiedades del tejido. 24"] U --> Z["Conmutación rápida 6 ms
post-estim, evitar saturación. 25"] Z --> AA["Corriente de estimulación cuidadosa en
canal de grabación. 26"] L --> AB["DBS STN adaptativa confiable
para temblor pre-movimiento. 27"] U --> AC["Electrodos expuestos de 1 mm2
posibles, gestionar impedancia. 28"] A --> AD["Más preguntas, tiempo limitado,
sugiere Q&A después. 29"] A --> AE["Video en YouTube para
referencia posterior. 30"] class A,B,U,W,AC,AD,AE gtec class C,D,E,F,G,H,I,J,K,M,N,O,P,Q,R,S,T,V,X,Y,Z,AA,AB stimulation class L applications class Z discussion

Resumen:

1.-Johannes Grünwald discute la optimización de procedimientos de estimulación cerebral en bucle abierto y cerrado utilizando una configuración de investigación de estimulación cerebral multipropósito desarrollada en GTEC.

2.-La configuración consta de un estimulador (G-Astim Pro), amplificador de biosenales (G-HiAmp) y una unidad de conmutación para dirigir la corriente de estimulación a los canales programados.

3.-La estimulación en bucle abierto establece parámetros sin retroalimentación directa. El bucle cerrado incorpora retroalimentación de biomarcadores del amplificador para cambiar la estimulación en tiempo real.

4.-Los dispositivos pueden ser controlados por software vía USB o más rápido usando cables de disparo de hardware para reaccionar a la activación mutua.

5.-La biblioteca G-Hysis Simulink que contiene bloques de construcción permite el prototipado rápido de experimentos de neuromodulación en bucle abierto y cerrado.

6.-La unidad de conmutación es una matriz de conmutación programable que dirige 16 canales de estimulación a 256 electrodos y permite grabar durante la estimulación.

7.-El modo de conmutación rápida permite iterar canales de estimulación hasta 200 Hz manteniéndolos conectados al amplificador, con algunas consideraciones.

8.-Antes de un experimento, se revisa la impedancia de los electrodos entre 1 kOhm a 1 MOhm a frecuencias de 20 Hz a 1 kHz.

9.-La herramienta de medición de impedancia proporciona vistas espectrales y topográficas de la impedancia de los electrodos para identificar y documentar cualquier canal defectuoso antes de la estimulación.

10.-La interconexión del estimulador y la unidad de conmutación depende del caso de uso de la neuroestimulación deseada - paralelo, desencadenado o como maestro/esclavo.

11.-Las principales aplicaciones clínicas que impulsan la investigación son identificar funciones cerebrales mediante estimulación y tratar trastornos como el Parkinson y la epilepsia.

12.-La estimulación cortical eléctrica (ECS) inyecta corriente para anular la fisiología regional, exhibiendo o inhibiendo funciones para mapear la corteza elocuente.

13.-La ECS utiliza pulsos rectangulares de 300-500 µs, 2-15 mA, 50-60 Hz durante segundos, comenzando bajo e incrementando hasta la respuesta conductual.

14.-Los ejemplos muestran la ECS afectando el control motor de la mano, induciendo percepciones faciales desde la estimulación occipitotemporal y percepciones cromáticas a centímetros de distancia.

15.-Una demostración de Simulink selecciona canales de estimulación ECS y muestra grabación en tiempo real, con canales estimulados desconectados y artefactos en el resto.

16.-Los potenciales evocados cortico-corticales (CCEPs) de 5-50 mA, 1 Hz revelan conectividad fisiológica y patológica entre sitios corticales.

17.-El cribado CCEP estimula automáticamente y registra respuestas promediadas en múltiples sitios para mapear conexiones como el área de Broca a Wernicke.

18.-Para el Parkinson, la estimulación cerebral profunda adaptativa desencadenada por alta potencia beta en el núcleo subtalámico reduce los síntomas mejor que la continua.

19.-En una demostración, las amplitudes sinusoidales extraídas que superan un umbral desencadenan la estimulación de pares de canales configurados en tiempo real utilizando la configuración.

20.-Se discuten las diferencias entre el sistema EEG GTEC Unicorn y el estimulador Estim Pro, y la interesante experiencia de hacer un doctorado en GTEC.

21.-El Estim Pro no puede estimular de forma inalámbrica ya que requiere transferencia de carga por cable. La tomografía de impedancia de electrodos no es una característica incorporada.

22.-Las APIs de MATLAB y C++ permiten acceso de bajo nivel al hardware, programación de estímulos y análisis de GUI, con el código central propietario de GTEC.

23.-Se deben seleccionar canales de estimulación de baja impedancia, ya que la alta impedancia no puede asegurar que la corriente entregada llegue al cerebro como se desea.

24.-La impedancia cambia con la frecuencia debido a las propiedades capacitivas y resistivas de los tejidos que absorben cargas alternas rápidas de manera diferente.

25.-La conmutación rápida de estimulación a grabación se logra al no saturar el amplificador, permitiendo la eliminación de artefactos 6 ms después de la estimulación.

26.-La grabación es posible en el canal de estimulación utilizando el modo rápido, con el amplificador conectado, pero con corriente de estimulación cuidadosamente limitada.

27.-La DBS adaptativa basada en el biomarcador de potencia beta subtalámica proporciona una reducción confiable del temblor al estimular en respuesta al aumento pre-movimiento.

28.-La estimulación es posible con áreas de electrodos de aguja expuestas tan pequeñas como 1 mm², con la impedancia y la corriente gestionadas en consecuencia.

29.-Con cada vez más preguntas y tiempo limitado, Johannes sugiere usar el Q&A para una discusión más amplia después de la presentación.

30.-El video de la presentación estará disponible en YouTube para referencia posterior, ya que la Escuela de Primavera se está transmitiendo allí.

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