माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी: Difference between revisions

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{{short description|Device that contains multiple microelectrodes through which neural signals are obtained or delivered}}
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[[microelectrode|माइक्रोइलेक्ट्रोड]] सरणियाँ (एमईएs) (मल्टीइलेक्ट्रोड सरणियों के रूप में भी संदर्भित) ऐसे उपकरण हैं जिनमें कई (दसियों से हजारों) माइक्रोइलेक्ट्रोड होते हैं जिनके माध्यम से न्यूरल [[सिग्नल (इलेक्ट्रॉनिक्स)]] प्राप्त या वितरित किए जाते हैं, अनिवार्य रूप से न्यूरल इंटरफेस के रूप में कार्य करते हैं जो [[न्यूरॉन]]्स को [[विद्युत परिपथ]] से जोड़ते हैं। एमईए के दो सामान्य वर्ग हैं: इम्प्लांटेबल एमईए, '[[लाइव]]' में उपयोग किया जाता है, और गैर-इम्प्लांटेबल एमईए, '[[कृत्रिम परिवेशीय]]' में उपयोग होता है।
[[microelectrode|माइक्रोइलेक्ट्रोड]] सरणियाँ (एमईएs) (मल्टीइलेक्ट्रोड सरणियों के रूप में भी संदर्भित) ऐसे उपकरण हैं जिनमें कई (दसियों से हजारों) माइक्रोइलेक्ट्रोड होते हैं जिनके माध्यम से न्यूरल [[सिग्नल (इलेक्ट्रॉनिक्स)]] प्राप्त या वितरित किए जाते हैं, अनिवार्य रूप से न्यूरल इंटरफेस के रूप में कार्य करते हैं जो [[न्यूरॉन]] को [[विद्युत परिपथ]] से जोड़ते हैं। एमईए के दो सामान्य वर्ग हैं: इम्प्लांटेबल एमईए, '[[लाइव]]' में उपयोग किया जाता है, और गैर-इम्प्लांटेबल एमईए, '[[कृत्रिम परिवेशीय]]' में उपयोग होता है।
== सिद्धांत ==
== सिद्धांत ==
न्यूरॉन्स और मांसपेशियों की कोशिकाएं उत्तेजित होने पर अपनी [[कोशिका झिल्ली]] के माध्यम से [[आयन]] धाराओं का निर्माण करती हैं, जिससे कोशिका के अंदर और बाहर [[वोल्टेज]] में परिवर्तन होता है। रिकॉर्डिंग करते समय, एमईए [[ट्रांसड्यूसर]] पर [[[[इलेक्ट्रोड]]]] [[आयनों]] द्वारा किए गए वातावरण से [[इलेक्ट्रॉनों]] (इलेक्ट्रॉनिक धाराओं) द्वारा किए गए धाराओं में वोल्टेज में परिवर्तन करते हैं। उत्तेजक होने पर, इलेक्ट्रोड मीडिया के माध्यम से इलेक्ट्रॉनिक धाराओं को आयनिक धाराओं में स्थानांतरित कर देते हैं। यह उत्तेजनीय कोशिकाओं की कोशिका झिल्ली पर [[वोल्टेज-गेटेड आयन चैनल]]ों को ट्रिगर करता है, जिससे कोशिका का [[विध्रुवण]] होता है और यदि यह एक न्यूरॉन या एक [[मांसपेशी]] कोशिका है तो एक [[क्रिया सामर्थ्य]] को ट्रिगर करता है।{{Citation needed|reason=It is highly unlikely that a low-voltage extracellular current directly affects voltage-gated channels that are known to respond to large changes in the 70,000 V/m electric field of the cell membrane|date=December 2008}}
न्यूरॉन्स और मांसपेशियों की कोशिकाएं उत्तेजित होने पर अपनी [[कोशिका झिल्ली]] के माध्यम से [[आयन]] धाराओं का निर्माण करती हैं, जिससे कोशिका के अंदर और बाहर [[वोल्टेज]] में परिवर्तन होता है। रिकॉर्डिंग करते समय, एमईए [[ट्रांसड्यूसर]] पर [[[[इलेक्ट्रोड]]]] [[आयनों]] द्वारा किए गए वातावरण से [[इलेक्ट्रॉनों]] (इलेक्ट्रॉनिक धाराओं) द्वारा किए गए धाराओं में वोल्टेज में परिवर्तन करते हैं। उत्तेजक होने पर, इलेक्ट्रोड मीडिया के माध्यम से इलेक्ट्रॉनिक धाराओं को आयनिक धाराओं में स्थानांतरित कर देते हैं। यह उत्तेजनीय कोशिकाओं की कोशिका झिल्ली पर [[वोल्टेज-गेटेड आयन चैनल]]ों को ट्रिगर करता है, जिससे कोशिका का [[विध्रुवण]] होता है और यदि यह एक न्यूरॉन या एक [[मांसपेशी]] कोशिका है तो एक [[क्रिया सामर्थ्य]] को ट्रिगर करता है।{{Citation needed|reason=It is highly unlikely that a low-voltage extracellular current directly affects voltage-gated channels that are known to respond to large changes in the 70,000 V/m electric field of the cell membrane|date=December 2008}}
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<math>V_{pad}=V_{overlap}\times\frac{A_{overlap}}{A_{electrode}}</math>
<math>V_{pad}=V_{overlap}\times\frac{A_{overlap}}{A_{electrode}}</math>


यह मानते हुए कि एक इलेक्ट्रोड के आसपास का क्षेत्र [[इन्सुलेटर (विद्युत)]] है | अच्छी तरह से इंसुलेटेड है और इसके साथ बहुत कम कैपेसिटेंस जुड़ा हुआ है।<ref name="Boven" /> चूंकि, उपरोक्त समीकरण, इलेक्ट्रोड, कोशिकाओं और उनके परिवेश को समतुल्य [[सर्किट आरेख]] के रूप में मॉडलिंग करने पर निर्भर करता है। सेल-इलेक्ट्रोड व्यवहार की भविष्यवाणी करने का एक वैकल्पिक साधन एक ज्यामिति-आधारित परिमित तत्व विश्लेषण का उपयोग करके सिस्टम को मॉडलिंग करना है, जो एक गांठ वाले सर्किट तत्व आरेख में सिस्टम को सरल बनाने की सीमाओं को दरकिनार करने के प्रयास में है।<ref name="Buitenweg">{{cite journal |last1=Buitenweg |first1=J. R. |last2=Rutten |first2=W. L. |last3=Marani |first3=E. |year=2003 |title=सुसंस्कृत न्यूरॉन और एक माइक्रोइलेक्ट्रोड के बीच विद्युत संपर्क का ज्यामिति-आधारित परिमित तत्व मॉडलिंग|journal=IEEE Trans Biomed Eng |volume=50 |issue=4 |pages=501–509 |doi=10.1109/TBME.2003.809486 |pmid=12723062 |s2cid=15578217 |url=https://research.utwente.nl/en/publications/geometry-based-finite-element-modeling-of-the-electrical-contact-between-a-cultured-neuron-and-a-microelectrode(3fcb8a54-484f-46a0-aecc-07b37d485d42).html }}</ref>
यह मानते हुए कि एक इलेक्ट्रोड के आसपास का क्षेत्र [[इन्सुलेटर (विद्युत)]] है। अच्छी तरह से इंसुलेटेड है और इसके साथ बहुत कम कैपेसिटेंस जुड़ा हुआ है।<ref name="Boven" /> चूंकि, उपरोक्त समीकरण, इलेक्ट्रोड, कोशिकाओं और उनके परिवेश को समतुल्य [[सर्किट आरेख]] के रूप में मॉडलिंग करने पर निर्भर करता है। सेल-इलेक्ट्रोड व्यवहार की भविष्यवाणी करने का एक वैकल्पिक साधन एक ज्यामिति-आधारित परिमित तत्व विश्लेषण का उपयोग करके सिस्टम को मॉडलिंग करना है, जो एक गांठ वाले सर्किट तत्व आरेख में सिस्टम को सरल बनाने की सीमाओं को दरकिनार करने के प्रयास में है।<ref name="Buitenweg">{{cite journal |last1=Buitenweg |first1=J. R. |last2=Rutten |first2=W. L. |last3=Marani |first3=E. |year=2003 |title=सुसंस्कृत न्यूरॉन और एक माइक्रोइलेक्ट्रोड के बीच विद्युत संपर्क का ज्यामिति-आधारित परिमित तत्व मॉडलिंग|journal=IEEE Trans Biomed Eng |volume=50 |issue=4 |pages=501–509 |doi=10.1109/TBME.2003.809486 |pmid=12723062 |s2cid=15578217 |url=https://research.utwente.nl/en/publications/geometry-based-finite-element-modeling-of-the-electrical-contact-between-a-cultured-neuron-and-a-microelectrode(3fcb8a54-484f-46a0-aecc-07b37d485d42).html }}</ref>
एक एमईए का उपयोग ऊतक स्लाइस या पृथक सेल संस्कृतियों पर [[इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल]] प्रयोग करने के लिए किया जा सकता है। तीव्र ऊतक स्लाइस के साथ, निष्कर्षण और चढ़ाना से पहले ऊतक स्लाइस के भीतर कोशिकाओं के बीच संबंध अधिक या कम संरक्षित होते हैं, जबकि पृथक संस्कृतियों में अंतरकोशिकीय संबंध को चढ़ाने से पहले नष्ट कर दिया जाता हैं। अलग-अलग न्यूरोनल संस्कृतियों के साथ, न्यूरॉन्स अनायास [[जैविक तंत्रिका नेटवर्क]] बनाते हैं।<ref name="Potter2001">{{cite book |last=Potter |first=S. M. |year=2001 |chapter=Distributed processing in cultured neuronal networks |title=प्रोग ब्रेन रेस|series=Progress in Brain Research |volume=130 |pages=49–62 |doi=10.1016/S0079-6123(01)30005-5 |pmid=11480288 }}</ref>
एक एमईए का उपयोग ऊतक स्लाइस या पृथक सेल संस्कृतियों पर [[इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल]] प्रयोग करने के लिए किया जा सकता है। तीव्र ऊतक स्लाइस के साथ, निष्कर्षण और चढ़ाना से पहले ऊतक स्लाइस के भीतर कोशिकाओं के बीच संबंध अधिक या कम संरक्षित होते हैं, जबकि पृथक संस्कृतियों में अंतरकोशिकीय संबंध को चढ़ाने से पहले नष्ट कर दिया जाता हैं। अलग-अलग न्यूरोनल संस्कृतियों के साथ, न्यूरॉन्स अनायास [[जैविक तंत्रिका नेटवर्क]] बनाते हैं।<ref name="Potter2001">{{cite book |last=Potter |first=S. M. |year=2001 |chapter=Distributed processing in cultured neuronal networks |title=प्रोग ब्रेन रेस|series=Progress in Brain Research |volume=130 |pages=49–62 |doi=10.1016/S0079-6123(01)30005-5 |pmid=11480288 }}</ref>


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इसके अतिरिक्त, नेटवर्क फ़ंक्शन के विभिन्न जैव-भौतिक पहलुओं पर काम का एक बड़ा निकाय साधारणतयः अलग-अलग कॉर्टिकल नेटवर्क स्तर पर व्यवहार स्तर पर अध्ययन की गई घटनाओं को कम करके किया गया था। उदाहरण के लिए, ऐसे नेटवर्क की स्थानिक निकालने की क्षमता<ref name="Order">{{cite journal |last1=Shahaf |first1=G. |last2=Eytan |first2=D. |last3=Gal |first3=A. |last4=Kermany |first4=E. |last5=Lyakhov |first5=V. |last6=Zrenner |first6=C. |last7=Marom |first7=S. |year=2008 |title=कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के यादृच्छिक नेटवर्क में ऑर्डर-आधारित प्रतिनिधित्व|journal=PLOS Comput. Biol. |volume=4 |issue=11 |pages=e1000228 |doi=10.1371/journal.pcbi.1000228 |pmid=19023409 |pmc=2580731 |bibcode=2008PLSCB...4E0228S |doi-access=free }}</ref> और लौकिक<ref>{{cite journal |last1=Eytan |first1=D. |last2=Brenner |first2=N. |last3=Marom |first3=S. |year=2003 |title=कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के नेटवर्क में चयनात्मक अनुकूलन|journal=J. Neurosci. |volume=23 |issue=28 |pages=9349–9356 |doi=10.1523/JNEUROSCI.23-28-09349.2003 |pmid=14561862 |pmc=6740578 |doi-access=free }}</ref> विभिन्न इनपुट संकेतों की विशेषताएं, तुल्यकालन की गतिशीलता,<ref>{{cite journal |last1=Eytan |first1=D. |last2=Marom |first2=S. |year=2006 |title=कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के नेटवर्क में गतिशीलता और प्रभावी टोपोलॉजी अंतर्निहित सिंक्रनाइज़ेशन|journal=J. Neurosci. |volume=26 |issue=33 |pages=8465–8476 |doi=10.1523/JNEUROSCI.1627-06.2006 |pmid=16914671 |pmc=6674346 |doi-access=free }}</ref> [[न्यूरोमॉड्यूलेशन (जीव विज्ञान)]] के प्रति संवेदनशीलता<ref>{{cite journal |last1=Eytan |first1=D. |last2=Minerbi |first2=A. |last3=Ziv |first3=N. E. |last4=Marom |first4=S. |year=2004 |title=कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के नेटवर्क में एक्शन पोटेंशिअल के बीच सहसंबंधों का डोपामाइन-प्रेरित फैलाव|journal=J Neurophysiol |volume=92 |issue=3 |pages=1817–1824 |doi=10.1152/jn.00202.2004 |pmid=15084641 }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Tateno |first1=T. |last2=Jimbo |first2=Y. |last3=Robinson |first3=H. P. |year=2005 |title=चूहे कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के सुसंस्कृत नेटवर्क में स्पैटियो-टेम्पोरल कोलीनर्जिक मॉड्यूलेशन: सहज गतिविधि|journal=Neuroscience |volume=134 |issue=2 |pages=425–437 |doi=10.1016/j.neuroscience.2005.04.049 |pmid=15993003 |s2cid=22745827 }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Tateno |first1=T. |last2=Jimbo |first2=Y. |last3=Robinson |first3=H. P. |year=2005 |title=चूहे कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के सुसंस्कृत नेटवर्क में स्पैटियो-टेम्पोरल कोलीनर्जिक मॉड्यूलेशन: विकसित गतिविधि|journal=Neuroscience |volume=134 |issue=2 |pages=439–448 |doi=10.1016/j.neuroscience.2005.04.055 |pmid=15979809 |s2cid=6922531 }}</ref> और बंद लूप शासनों का उपयोग करके सीखने के कैनेटीक्स।<ref>{{cite journal |last1=Shahaf |first1=G. |last2=Marom |first2=S. |year=2001 |title=कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के नेटवर्क में सीखना|journal=J. Neurosci. |volume=21 |issue= 22|pages=8782–8788 |doi=10.1523/JNEUROSCI.21-22-08782.2001 |pmid=11698590 |pmc=6762268 |doi-access=free }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Stegenga |first1=J. |last2=Le Feber |first2=J. |last3=Marani |first3=E. |last4=Rutten |first4=W. L. |year=2009 |title=फटने पर सीखने का प्रभाव|journal=IEEE Trans Biomed Eng |volume=56 |issue=4 |pages=1220–1227 |doi=10.1109/TBME.2008.2006856 |pmid=19272893 |s2cid=12379440 |url=https://research.utwente.nl/en/publications/the-effect-of-learning-on-bursting(be00a8b9-bb42-4e8f-b675-891b7f23e5d2).html }}</ref> अंत में, [[संनाभि माइक्रोस्कोपी]] के साथ विदेश मंत्रालय की तकनीक का संयोजन नेटवर्क गतिविधि और सिनैप्टिक रीमॉडेलिंग के बीच संबंधों का अध्ययन करने की अनुमति देता है।<ref name="tenacity" />
इसके अतिरिक्त, नेटवर्क फ़ंक्शन के विभिन्न जैव-भौतिक पहलुओं पर काम का एक बड़ा निकाय साधारणतयः अलग-अलग कॉर्टिकल नेटवर्क स्तर पर व्यवहार स्तर पर अध्ययन की गई घटनाओं को कम करके किया गया था। उदाहरण के लिए, ऐसे नेटवर्क की स्थानिक निकालने की क्षमता<ref name="Order">{{cite journal |last1=Shahaf |first1=G. |last2=Eytan |first2=D. |last3=Gal |first3=A. |last4=Kermany |first4=E. |last5=Lyakhov |first5=V. |last6=Zrenner |first6=C. |last7=Marom |first7=S. |year=2008 |title=कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के यादृच्छिक नेटवर्क में ऑर्डर-आधारित प्रतिनिधित्व|journal=PLOS Comput. Biol. |volume=4 |issue=11 |pages=e1000228 |doi=10.1371/journal.pcbi.1000228 |pmid=19023409 |pmc=2580731 |bibcode=2008PLSCB...4E0228S |doi-access=free }}</ref> और लौकिक<ref>{{cite journal |last1=Eytan |first1=D. |last2=Brenner |first2=N. |last3=Marom |first3=S. |year=2003 |title=कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के नेटवर्क में चयनात्मक अनुकूलन|journal=J. Neurosci. |volume=23 |issue=28 |pages=9349–9356 |doi=10.1523/JNEUROSCI.23-28-09349.2003 |pmid=14561862 |pmc=6740578 |doi-access=free }}</ref> विभिन्न इनपुट संकेतों की विशेषताएं, तुल्यकालन की गतिशीलता,<ref>{{cite journal |last1=Eytan |first1=D. |last2=Marom |first2=S. |year=2006 |title=कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के नेटवर्क में गतिशीलता और प्रभावी टोपोलॉजी अंतर्निहित सिंक्रनाइज़ेशन|journal=J. Neurosci. |volume=26 |issue=33 |pages=8465–8476 |doi=10.1523/JNEUROSCI.1627-06.2006 |pmid=16914671 |pmc=6674346 |doi-access=free }}</ref> [[न्यूरोमॉड्यूलेशन (जीव विज्ञान)]] के प्रति संवेदनशीलता<ref>{{cite journal |last1=Eytan |first1=D. |last2=Minerbi |first2=A. |last3=Ziv |first3=N. E. |last4=Marom |first4=S. |year=2004 |title=कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के नेटवर्क में एक्शन पोटेंशिअल के बीच सहसंबंधों का डोपामाइन-प्रेरित फैलाव|journal=J Neurophysiol |volume=92 |issue=3 |pages=1817–1824 |doi=10.1152/jn.00202.2004 |pmid=15084641 }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Tateno |first1=T. |last2=Jimbo |first2=Y. |last3=Robinson |first3=H. P. |year=2005 |title=चूहे कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के सुसंस्कृत नेटवर्क में स्पैटियो-टेम्पोरल कोलीनर्जिक मॉड्यूलेशन: सहज गतिविधि|journal=Neuroscience |volume=134 |issue=2 |pages=425–437 |doi=10.1016/j.neuroscience.2005.04.049 |pmid=15993003 |s2cid=22745827 }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Tateno |first1=T. |last2=Jimbo |first2=Y. |last3=Robinson |first3=H. P. |year=2005 |title=चूहे कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के सुसंस्कृत नेटवर्क में स्पैटियो-टेम्पोरल कोलीनर्जिक मॉड्यूलेशन: विकसित गतिविधि|journal=Neuroscience |volume=134 |issue=2 |pages=439–448 |doi=10.1016/j.neuroscience.2005.04.055 |pmid=15979809 |s2cid=6922531 }}</ref> और बंद लूप शासनों का उपयोग करके सीखने के कैनेटीक्स।<ref>{{cite journal |last1=Shahaf |first1=G. |last2=Marom |first2=S. |year=2001 |title=कॉर्टिकल न्यूरॉन्स के नेटवर्क में सीखना|journal=J. Neurosci. |volume=21 |issue= 22|pages=8782–8788 |doi=10.1523/JNEUROSCI.21-22-08782.2001 |pmid=11698590 |pmc=6762268 |doi-access=free }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Stegenga |first1=J. |last2=Le Feber |first2=J. |last3=Marani |first3=E. |last4=Rutten |first4=W. L. |year=2009 |title=फटने पर सीखने का प्रभाव|journal=IEEE Trans Biomed Eng |volume=56 |issue=4 |pages=1220–1227 |doi=10.1109/TBME.2008.2006856 |pmid=19272893 |s2cid=12379440 |url=https://research.utwente.nl/en/publications/the-effect-of-learning-on-bursting(be00a8b9-bb42-4e8f-b675-891b7f23e5d2).html }}</ref> अंत में, [[संनाभि माइक्रोस्कोपी]] के साथ विदेश मंत्रालय की तकनीक का संयोजन नेटवर्क गतिविधि और सिनैप्टिक रीमॉडेलिंग के बीच संबंधों का अध्ययन करने की अनुमति देता है।<ref name="tenacity" />


एमईएs का उपयोग नियंत्रक के रूप में गैर-जैविक प्रणालियों के साथ न्यूरोनल नेटवर्क को इंटरफ़ेस करने के लिए किया गया है। उदाहरण के लिए, एमईएs का उपयोग करके एक न्यूरल-कंप्यूटर इंटरफ़ेस बनाया जा सकता है। आभासी वातावरण में एक एनिमेट को नियंत्रित करने के लिए अलग-अलग चूहे [[सेरेब्रल कॉर्टेक्स]] न्यूरॉन्स को एक बंद उत्तेजना-प्रतिक्रिया फीडबैक लूप में एकीकृत किया गया था।<ref name="Animat">{{cite journal |last1=DeMarse |first1=T. B. |last2=Wagenaar |first2=D. A. |last3=Blau |first3=A. W. |last4=Potter |first4=S. M. |year=2001 |title=द न्यूरली कंट्रोल्ड एनिमेट: बायोलॉजिकल ब्रेन एक्टिंग विथ सिम्युलेटेड बॉडीज|journal=Autonomous Robots |volume=11 |issue= 3|pages=305–10 |doi=10.1023/A:1012407611130 |pmid=18584059 |pmc=2440704 }}</ref> पॉटर, माधवन और डीमार्स द्वारा एमईएN का उपयोग करके एक [[प्रतिपुष्टि]] | क्लोज्ड-लूप प्रोत्साहन-प्रतिक्रिया प्रणाली का निर्माण भी किया गया है।<ref name="potterrobot">{{cite journal |last1=Potter |first1=S. M. |last2=Madhavan |first2=R. |last3=DeMarse |first3=T. B. |year=2003 |title=रोबोटिक नियंत्रण और इन विट्रो लर्निंग स्टडीज के लिए दीर्घकालिक द्विदिश न्यूरॉन इंटरफेस|journal=Proc. 25th IEEE EMBS Annual Meeting |pages=3690–3693 |doi=10.1109/IEMBS.2003.1280959 |isbn=0-7803-7789-3 |s2cid=12213854 |url=https://authors.library.caltech.edu/27336/ }}</ref> और रीडिंग विश्वविद्यालय में मार्क हैमंड, [[केविन वारविक]] और बेन व्हाली द्वारा। एमईए पर लगभग 300,000 अलग-अलग चूहे के न्यूरॉन्स चढ़ाए गए थे, जो एक रोबोट पर मोटर्स और [[अल्ट्रासाउंड]] सेंसर से जुड़ा था, और होश आने पर बाधाओं से बचने के लिए वातानुकूलित था।<ref name="Marks">{{cite journal |last=Marks |first=P. |year=2008 |title=चूहे के दिमाग वाले रोबोट का उदय|journal=New Scientist |volume=199 |issue=2669 |pages=22–23 |doi=10.1016/S0262-4079(08)62062-X }}</ref> इन पंक्तियों के साथ, तकनीक में शिमोन मैरोम और सहयोगियों - इज़राइल इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ने एमईए पर [[लेगो माइंडस्टॉर्म]] रोबोट के लिए अलग-अलग न्यूरोनल नेटवर्क को झुका दिया; रोबोट के दृश्य क्षेत्र को नेटवर्क द्वारा वर्गीकृत किया गया था, और रोबोट पहियों को आदेश दिए गए थे कि यह पूरी तरह से बाधाओं से टकराने से बच जाए।<ref name="Order" />यह ब्रेटेनबर्ग वाहन| ब्रेटेनबर्ग वाहन का उपयोग रिवर्स न्यूरो-इंजीनियरिंग के कम निर्धारण को प्रदर्शित करने के लिए किया गया था, जिसमें दिखाया गया था कि प्रासंगिक जानकारी के हर टुकड़े के लिए व्यावहारिक रूप से असीमित पहुंच के साथ एक साधारण सेटअप में भी,<ref>{{cite journal |last1=Marom |first1=S. |last2=Meir |first2=R. |last3=Braun |first3=E. |last4=Gal |first4=A. |last5=Kermany |first5=E. |last6=Eytan |first6=D. |year=2009 |title=रिवर्स न्यूरो-इंजीनियरिंग के अनिश्चित पथ पर|journal=Front Comput Neurosci |volume=3 |pages=5 |doi=10.3389/neuro.10.005.2009 |pmid=19503751 |pmc=2691154 |doi-access=free }}</ref> रोबोट व्यवहार को चलाने के लिए उपयोग की जाने वाली विशिष्ट [[तंत्रिका कोडिंग]] योजना को निश्चित रूप से निकालना असंभव था।
एमईएs का उपयोग नियंत्रक के रूप में गैर-जैविक प्रणालियों के साथ न्यूरोनल नेटवर्क को इंटरफ़ेस करने के लिए किया गया है। उदाहरण के लिए, एमईएs का उपयोग करके एक न्यूरल-कंप्यूटर इंटरफ़ेस बनाया जा सकता है। आभासी वातावरण में एक एनिमेट को नियंत्रित करने के लिए अलग-अलग चूहे [[सेरेब्रल कॉर्टेक्स]] न्यूरॉन्स को एक बंद उत्तेजना-प्रतिक्रिया फीडबैक लूप में एकीकृत किया गया था।<ref name="Animat">{{cite journal |last1=DeMarse |first1=T. B. |last2=Wagenaar |first2=D. A. |last3=Blau |first3=A. W. |last4=Potter |first4=S. M. |year=2001 |title=द न्यूरली कंट्रोल्ड एनिमेट: बायोलॉजिकल ब्रेन एक्टिंग विथ सिम्युलेटेड बॉडीज|journal=Autonomous Robots |volume=11 |issue= 3|pages=305–10 |doi=10.1023/A:1012407611130 |pmid=18584059 |pmc=2440704 }}</ref> पॉटर, माधवन और डीमार्स द्वारा एमईएN का उपयोग करके एक [[प्रतिपुष्टि]]। क्लोज्ड-लूप प्रोत्साहन-प्रतिक्रिया प्रणाली का निर्माण भी किया गया है।<ref name="potterrobot">{{cite journal |last1=Potter |first1=S. M. |last2=Madhavan |first2=R. |last3=DeMarse |first3=T. B. |year=2003 |title=रोबोटिक नियंत्रण और इन विट्रो लर्निंग स्टडीज के लिए दीर्घकालिक द्विदिश न्यूरॉन इंटरफेस|journal=Proc. 25th IEEE EMBS Annual Meeting |pages=3690–3693 |doi=10.1109/IEMBS.2003.1280959 |isbn=0-7803-7789-3 |s2cid=12213854 |url=https://authors.library.caltech.edu/27336/ }}</ref> और रीडिंग विश्वविद्यालय में मार्क हैमंड, [[केविन वारविक]] और बेन व्हाली द्वारा। एमईए पर लगभग 300,000 अलग-अलग चूहे के न्यूरॉन्स चढ़ाए गए थे, जो एक रोबोट पर मोटर्स और [[अल्ट्रासाउंड]] सेंसर से जुड़ा था, और होश आने पर बाधाओं से बचने के लिए वातानुकूलित था।<ref name="Marks">{{cite journal |last=Marks |first=P. |year=2008 |title=चूहे के दिमाग वाले रोबोट का उदय|journal=New Scientist |volume=199 |issue=2669 |pages=22–23 |doi=10.1016/S0262-4079(08)62062-X }}</ref> इन पंक्तियों के साथ, तकनीक में शिमोन मैरोम और सहयोगियों - इज़राइल इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ने एमईए पर [[लेगो माइंडस्टॉर्म]] रोबोट के लिए अलग-अलग न्यूरोनल नेटवर्क को झुका दिया; रोबोट के दृश्य क्षेत्र को नेटवर्क द्वारा वर्गीकृत किया गया था, और रोबोट पहियों को आदेश दिए गए थे कि यह पूरी तरह से बाधाओं से टकराने से बच जाए।<ref name="Order" />यह ब्रेटेनबर्ग वाहन| ब्रेटेनबर्ग वाहन का उपयोग रिवर्स न्यूरो-इंजीनियरिंग के कम निर्धारण को प्रदर्शित करने के लिए किया गया था, जिसमें दिखाया गया था कि प्रासंगिक जानकारी के हर टुकड़े के लिए व्यावहारिक रूप से असीमित पहुंच के साथ एक साधारण सेटअप में भी,<ref>{{cite journal |last1=Marom |first1=S. |last2=Meir |first2=R. |last3=Braun |first3=E. |last4=Gal |first4=A. |last5=Kermany |first5=E. |last6=Eytan |first6=D. |year=2009 |title=रिवर्स न्यूरो-इंजीनियरिंग के अनिश्चित पथ पर|journal=Front Comput Neurosci |volume=3 |pages=5 |doi=10.3389/neuro.10.005.2009 |pmid=19503751 |pmc=2691154 |doi-access=free }}</ref> रोबोट व्यवहार को चलाने के लिए उपयोग की जाने वाली विशिष्ट [[तंत्रिका कोडिंग]] योजना को निश्चित रूप से निकालना असंभव था।


[[हिप्पोकैम्पल]] स्लाइस में नेटवर्क फायरिंग का निरीक्षण करने के लिए विदेश मंत्रालय का उपयोग किया गया है।<ref name="Colgin">{{cite journal |last1=Colgin |first1=L. L. |last2=Kramar |first2=E. A. |last3=Gall |first3=C. M. |last4=Lynch |first4=G. |year=2003 |title=हिप्पोकैम्पस में उत्तेजक संचरण का सेप्टल मॉड्यूलेशन|journal=J Neurophysiol |volume=90 |issue= 4|pages=2358–2366 |doi=10.1152/jn.00262.2003 |pmid=12840078 }}</ref>
[[हिप्पोकैम्पल]] स्लाइस में नेटवर्क फायरिंग का निरीक्षण करने के लिए विदेश मंत्रालय का उपयोग किया गया है।<ref name="Colgin">{{cite journal |last1=Colgin |first1=L. L. |last2=Kramar |first2=E. A. |last3=Gall |first3=C. M. |last4=Lynch |first4=G. |year=2003 |title=हिप्पोकैम्पस में उत्तेजक संचरण का सेप्टल मॉड्यूलेशन|journal=J Neurophysiol |volume=90 |issue= 4|pages=2358–2366 |doi=10.1152/jn.00262.2003 |pmid=12840078 }}</ref>
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Revision as of 17:42, 28 December 2022

माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियाँ (एमईएs) (मल्टीइलेक्ट्रोड सरणियों के रूप में भी संदर्भित) ऐसे उपकरण हैं जिनमें कई (दसियों से हजारों) माइक्रोइलेक्ट्रोड होते हैं जिनके माध्यम से न्यूरल सिग्नल (इलेक्ट्रॉनिक्स) प्राप्त या वितरित किए जाते हैं, अनिवार्य रूप से न्यूरल इंटरफेस के रूप में कार्य करते हैं जो न्यूरॉन को विद्युत परिपथ से जोड़ते हैं। एमईए के दो सामान्य वर्ग हैं: इम्प्लांटेबल एमईए, 'लाइव' में उपयोग किया जाता है, और गैर-इम्प्लांटेबल एमईए, 'कृत्रिम परिवेशीय' में उपयोग होता है।

सिद्धांत

न्यूरॉन्स और मांसपेशियों की कोशिकाएं उत्तेजित होने पर अपनी कोशिका झिल्ली के माध्यम से आयन धाराओं का निर्माण करती हैं, जिससे कोशिका के अंदर और बाहर वोल्टेज में परिवर्तन होता है। रिकॉर्डिंग करते समय, एमईए ट्रांसड्यूसर पर [[इलेक्ट्रोड]] आयनों द्वारा किए गए वातावरण से इलेक्ट्रॉनों (इलेक्ट्रॉनिक धाराओं) द्वारा किए गए धाराओं में वोल्टेज में परिवर्तन करते हैं। उत्तेजक होने पर, इलेक्ट्रोड मीडिया के माध्यम से इलेक्ट्रॉनिक धाराओं को आयनिक धाराओं में स्थानांतरित कर देते हैं। यह उत्तेजनीय कोशिकाओं की कोशिका झिल्ली पर वोल्टेज-गेटेड आयन चैनलों को ट्रिगर करता है, जिससे कोशिका का विध्रुवण होता है और यदि यह एक न्यूरॉन या एक मांसपेशी कोशिका है तो एक क्रिया सामर्थ्य को ट्रिगर करता है।[citation needed]

रिकॉर्ड किए गए सिग्नल का आकार और आकार कई कारकों पर निर्भर करता है: उस माध्यम की प्रकृति जिसमें सेल या सेल स्थित हैं (जैसे माध्यम की विद्युत चालकता, समाई और समरूप (रसायन विज्ञान)); कोशिकाओं और एमईए इलेक्ट्रोड के बीच संपर्क की प्रकृति (जैसे संपर्क और जकड़न का क्षेत्र); विदेश मंत्रालय इलेक्ट्रोड की ही प्रकृति (जैसे इसकी ज्यामिति, विद्युत प्रतिबाधा, और शोर); एनालॉग सिग्नल प्रोसेसिंग (जैसे सिस्टम का गेन (इलेक्ट्रॉनिक्स), बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग), और आपूर्ती बंद करने की आवृत्ति के बाहर व्यवहार); और डेटा नमूनाकरण (सिग्नल प्रोसेसिंग) गुण (जैसे नमूनाकरण दर और अंकीय संकेत प्रक्रिया)।[1] इस सेल की रिकॉर्डिंग के लिए जो आंशिक रूप से प्लानर इलेक्ट्रोड को कवर करता है, संपर्क पैड पर वोल्टेज लगभग सेल के अतिव्यापी क्षेत्र के वोल्टेज के बराबर होता है और इलेक्ट्रोड को अतिव्यापी क्षेत्र के सतह क्षेत्र के अनुपात से गुणा किया जाता है। संपूर्ण इलेक्ट्रोड, या

यह मानते हुए कि एक इलेक्ट्रोड के आसपास का क्षेत्र इन्सुलेटर (विद्युत) है। अच्छी तरह से इंसुलेटेड है और इसके साथ बहुत कम कैपेसिटेंस जुड़ा हुआ है।[1] चूंकि, उपरोक्त समीकरण, इलेक्ट्रोड, कोशिकाओं और उनके परिवेश को समतुल्य सर्किट आरेख के रूप में मॉडलिंग करने पर निर्भर करता है। सेल-इलेक्ट्रोड व्यवहार की भविष्यवाणी करने का एक वैकल्पिक साधन एक ज्यामिति-आधारित परिमित तत्व विश्लेषण का उपयोग करके सिस्टम को मॉडलिंग करना है, जो एक गांठ वाले सर्किट तत्व आरेख में सिस्टम को सरल बनाने की सीमाओं को दरकिनार करने के प्रयास में है।[2] एक एमईए का उपयोग ऊतक स्लाइस या पृथक सेल संस्कृतियों पर इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल प्रयोग करने के लिए किया जा सकता है। तीव्र ऊतक स्लाइस के साथ, निष्कर्षण और चढ़ाना से पहले ऊतक स्लाइस के भीतर कोशिकाओं के बीच संबंध अधिक या कम संरक्षित होते हैं, जबकि पृथक संस्कृतियों में अंतरकोशिकीय संबंध को चढ़ाने से पहले नष्ट कर दिया जाता हैं। अलग-अलग न्यूरोनल संस्कृतियों के साथ, न्यूरॉन्स अनायास जैविक तंत्रिका नेटवर्क बनाते हैं।[3]

यह देखा जा सकता है कि वोल्टेज आयाम एक इलेक्ट्रोड अनुभव विपरीत रूप से उस दूरी से संबंधित होता है जिससे सेल विध्रुवण करता है।[4] इस प्रकार, यह आवश्यक हो सकता है कि कोशिकाओं को सुसंस्कृत किया जाए या अन्यथा यथासंभव इलेक्ट्रोड के करीब रखा जाए। टिश्यू स्लाइस के साथ, शोफ के कारण चीरा लगाने के स्थान के चारों ओर विद्युत रूप से निष्क्रिय मृत कोशिकाओं की एक परत बन जाती है।[5] इससे निपटने का एक विधि एमईए को फोटोमास्क और नक़्क़ाशी (माइक्रोफैब्रिकेशन) द्वारा निर्मित त्रि-आयामी इलेक्ट्रोड के साथ बनाना है। ये 3-डी इलेक्ट्रोड स्लाइस टिश्यू की मृत कोशिका परत में प्रवेश करते हैं, जिससे जीवित कोशिकाओं और इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी कम हो जाती है।[6] असंबद्ध संस्कृतियों में, विदेश मंत्रालय सब्सट्रेट के लिए कोशिकाओं का उचित पालन मजबूत संकेत प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है।

इतिहास

पहली इम्प्लांटेबल सरणियाँ 1950 के दशक में विकसित की गई माइक्रोवायर सरणियाँ थीं।[7] सुसंस्कृत कोशिकाओं से रिकॉर्ड करने के लिए प्लानर इलेक्ट्रोड की एक सरणी के उपयोग से जुड़ा पहला प्रयोग 1972 में सी.ए. द्वारा आयोजित किया गया था। थॉमस, जूनियर और उनके सहयोगी।[4] प्रायोगिक सेटअप में प्लेटिनम काला प्लेटेड सोना इलेक्ट्रोड्स की 2 x 15 सरणी का उपयोग किया गया था, प्रत्येक एक दूसरे से 100 µm की दूरी पर था। भ्रूण के चूजों से काटे गए माईओसाइट को पृथक कर दिया गया और विदेश मंत्रालय पर सुसंस्कृत किया गया, और आयाम में 1 mV उच्च तक के संकेत दर्ज किए गए।[8] विदेश मंत्रालय का निर्माण किया गया था और 1977 में सेंटर फॉर नेटवर्क न्यूरोसाइंस में गेंटर ग्रॉस और उनके सहयोगियों द्वारा स्वतंत्र रूप से थॉमस और उनके सहयोगियों के काम के पूर्व ज्ञान के बिना घोंघा गैन्ग्लिया के इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी का पता लगाने के लिए उपयोग किया गया था।[4] 1982 में, ग्रॉस ने अलग-अलग रीढ़ की हड्डी के न्यूरॉन्स से सहज इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल गतिविधि देखी, और पाया कि गतिविधि तापमान पर बहुत निर्भर थी। कमरे के तापमान पर लगभग 30˚C सिग्नल एम्पलीट्यूड तेजी से अपेक्षाकृत कम मूल्य तक कम हो जाता है।[4]

1990 के दशक से पहले, नई प्रयोगशालाओं के लिए महत्वपूर्ण प्रवेश बाधाएँ सम्मलित थीं, जो कस्टम एमईए निर्माण और सॉफ्टवेयर के कारण एमईए अनुसंधान करने की मांग करती थीं, जिन्हें उन्हें विकसित करना था।[3]चूंकि, सस्ती कंप्यूटिंग शक्ति के आगमन के साथ[1] और वाणिज्यिक विदेश मंत्रालय हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर,[3] कई अन्य प्रयोगशालाएँ विदेश मंत्रालय का उपयोग करके अनुसंधान करने में सक्षम थीं।

प्रकार

माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियों को उनके संभावित उपयोग के आधार पर उपश्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: इन विट्रो और इन विवो सरणियों में।

इन विट्रो सरणियों में

File:MEAinHand.jpg
इन विट्रो एमईए में

इन विट्रो एमईए का मानक प्रकार 8 x 8 या 6 x 10 इलेक्ट्रोड के पैटर्न में आता है। इलेक्ट्रोड साधारणतयः इंडियम टिन ऑक्साइड या टाइटेनियम से बने होते हैं और इनका व्यास 10 से 30 माइक्रोन के बीच होता है। ये सरणियाँ सामान्य रूप से एकल-कोशिका संस्कृतियों या तीव्र मस्तिष्क स्लाइस के लिए उपयोग की जाती हैं।[1]

इन विट्रो एमईए के बीच एक चुनौती उन सूक्ष्मदर्शी के साथ इमेजिंग कर रही है जो उच्च शक्ति लेंस का उपयोग करते हैं, माइक्रोमीटर के क्रम में कम कार्य दूरी की आवश्यकता होती है। इस समस्या से बचने के लिए कवर स्लिप ग्लास का उपयोग कर थिन-एमईए बनाए गए हैं। ये सरणियाँ लगभग 180 माइक्रोन हैं जो उन्हें उच्च-शक्ति वाले लेंसों के साथ उपयोग करने की अनुमति देती हैं।[1][9] एक अन्य विशेष डिजाइन में, 60 इलेक्ट्रोड 500 माइक्रोन से अलग 6 × 5 सरणियों में विभाजित होते हैं। एक समूह के भीतर इलेक्ट्रोड 10 माइक्रोन के व्यास के साथ 30 उम से अलग होते हैं। इस तरह की सारणियों का उपयोग न्यूरॉन्स की स्थानीय प्रतिक्रियाओं की जांच करने के लिए किया जाता है जबकि ऑर्गोटाइपिक स्लाइस की कार्यात्मक कनेक्टिविटी का अध्ययन भी किया जाता है।[1][10]

स्थानिक संकल्प विदेश मंत्रालय के प्रमुख लाभों में से एक है और उच्च घनत्व वाले विदेश मंत्रालय का उपयोग करने पर लंबी दूरी पर भेजे गए संकेतों को उच्च सटीकता के साथ ले जाने की अनुमति देता है। इन सरणियों में साधारणतयः 256 इलेक्ट्रोड का एक वर्गाकार ग्रिड पैटर्न होता है जो 2.8 x 2.8 मिमी के क्षेत्र को कवर करता है।[1]

थंबनेल के आकार के कॉम्पैक्ट चिप्स पर एकीकृत रीडआउट और उत्तेजना सर्किट के साथ हजारों इलेक्ट्रोड की विशेषता वाले सीएमओएस-आधारित उच्च-घनत्व वाले माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियों द्वारा बढ़ा हुआ स्थानिक रिज़ॉल्यूशन प्रदान किया जाता है।[11] यहां तक ​​कि एकल अक्षों के साथ प्रसार करने वाले संकेतों का संकल्प भी प्रदर्शित किया गया है।[12]

इसके गुणवत्ता संकेत प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रोड और ऊतक एक दूसरे के निकट संपर्क में होने चाहिए। छिद्रित एमईए डिज़ाइन सब्सट्रेट में खुलने के लिए नकारात्मक दबाव लागू करता है जिससे कि संपर्क और रिकॉर्ड किए गए संकेतों को बढ़ाने के लिए ऊतक स्लाइस को इलेक्ट्रोड पर रखा जा सके।[1]

इलेक्ट्रोड प्रतिबाधा को कम करने के लिए एक अलग दृष्टिकोण इंटरफ़ेस सामग्री के संशोधन द्वारा है, उदाहरण के लिए कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग करके,[13][14] या इलेक्ट्रोड की संरचना में संशोधन करके, उदाहरण के लिए सोने के नैनोपिलर[15] या नैनोकैविटी है।[16]

विवो सरणियों में

विवो इलेक्ट्रोड सरणी में यूटा की योजनाबद्ध

इम्प्लांटेबल एमईए की तीन प्रमुख श्रेणियां हैं माइक्रोवायर, सिलिकॉन-आधारित,[17] और लचीले माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियाँ। माइक्रोवायर एमईए बड़े पैमाने पर स्टेनलेस इस्पात या टंगस्टन से बने होते हैं और उनका उपयोग त्रिकोणासन द्वारा व्यक्तिगत रिकॉर्ड किए गए न्यूरॉन्स की स्थिति का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है। सिलिकॉन-आधारित माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियों में दो विशिष्ट मॉडल सम्मलित हैं: मिशिगन और यूटा सरणियाँ। मिशिगन सरणियाँ आरोपण के लिए सेंसर के उच्च घनत्व के साथ-साथ माइक्रोवायर एमईए की तुलना में उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन की अनुमति देती हैं। वे सिर्फ टांगों के सिरों के अतिरिक्त टांग की लंबाई के साथ संकेतों को प्राप्त करने की अनुमति देते हैं। मिशिगन सरणी के विपरीत, यूटा सरणी 3-डी हैं, जिसमें 100 प्रवाहकीय सिलिकॉन सुई सम्मलित हैं। चूंकि, एक यूटा सरणी में, सिग्नल केवल प्रत्येक इलेक्ट्रोड की युक्तियों से प्राप्त होते हैं, जो एक समय में प्राप्त की जा सकने वाली जानकारी की मात्रा को सीमित करता है। इसके अतिरिक्त, यूटा सरणियों को निर्धारित आयामों और मापदंडों के साथ निर्मित किया जाता है जबकि मिशिगन सरणी अधिक डिजाइन स्वतंत्रता की अनुमति देती है। पालीमाइड, पैरालीन, या बेन्जोसाइक्लोब्यूटेन से बनी लचीली सरणियाँ, कठोर माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियों पर एक लाभ प्रदान करती हैं क्योंकि वे एक निकट यांत्रिक मैच प्रदान करती हैं, क्योंकि यंग का सिलिकॉन का मापांक मस्तिष्क के ऊतकों की तुलना में बहुत बड़ा होता है, जो कतरनी-प्रेरित सूजन में योगदान देता है।[7]

डाटा प्रोसेसिंग की विधि

न्यूरॉन्स के संचार की मूलभूत इकाई, विद्युत रूप से, कम से कम, क्रिया क्षमता है। यह ऑल-ऑर-नथिंग घटना अक्षतंतु पहाड़ी पर उत्पन्न होती है,[18] परिणामस्वरूप अंतःकोशिकीय वातावरण का विध्रुवण होता है जो अक्षतंतु के नीचे फैलता है। सेलुलर झिल्ली के माध्यम से यह आयन प्रवाह बाह्य वातावरण में वोल्टेज में एक तेज परिवर्तन उत्पन्न करता है, जो कि एमईए इलेक्ट्रोड अंततः पता लगाता है। इस प्रकार, नेटवर्क गतिविधि को चिह्नित करने के लिए वोल्टेज स्पाइक काउंटिंग और सॉर्टिंग का उपयोग अधिकांशतः अनुसंधान में किया जाता है। स्पाइक ट्रेन विश्लेषण, वोल्टेज माप की तुलना में प्रसंस्करण समय और कंप्यूटिंग मेमोरी को भी बचा सकता है। स्पाइक टाइमस्टैम्प की पहचान ऐसे समय के रूप में की जाती है जहां एक व्यक्तिगत इलेक्ट्रोड द्वारा मापा गया वोल्टेज एक सीमा से अधिक होता है (अधिकांशतः एक निष्क्रिय समय अवधि के मानक विचलन द्वारा परिभाषित)। इन टाइमस्टैम्प को फटने की पहचान करने के लिए आगे संसाधित किया जा सकता है (निकटता में कई स्पाइक्स)। इन ट्रेनों के आगे के विश्लेषण से स्पाइक संगठन और लौकिक पैटर्न का पता चल सकता है।[19]

क्षमताएं

लाभ

साधारणतयः, पैच दबाना जैसे अधिक पारंपरिक विधियों की तुलना में इन विट्रो सरणियों की प्रमुख ताकत में सम्मलित हैं:[20]

  • अलग-अलग के अतिरिक्त एक बार में कई इलेक्ट्रोड लगाने की अनुमति देना
  • एक ही प्रायोगिक सेटअप के भीतर नियंत्रण स्थापित करने की क्षमता (एक इलेक्ट्रोड को नियंत्रण के रूप में और अन्य को प्रायोगिक के रूप में उपयोग करके)। उत्तेजना प्रयोगों में यह विशेष रुचि है।
  • सरणी के भीतर विभिन्न रिकॉर्डिंग साइटों का चयन करने की क्षमता
  • कई साइटों से एक साथ डेटा प्राप्त करने की क्षमता
  • वास्तविक समय ऑप्टिकल उत्तेजना प्रदान करने की संभावना और उदाहरण के लिए, ग्रहणशील क्षेत्रों के पुनर्निर्माण की संभावना के कारण अक्षुण्ण रेटिना से रिकॉर्डिंग बहुत रुचि रखते हैं।

इसके अतिरिक्त, पैच क्लैम्पिंग की तुलना में इन विट्रो सरणियाँ गैर-इनवेसिव होती हैं क्योंकि उन्हें कोशिका झिल्ली के उल्लंघन की आवश्यकता नहीं होती है।

विवो सरणियों के संबंध में चूंकि, पैच क्लैम्पिंग पर प्रमुख लाभ उच्च स्थानिक संकल्प है। इम्प्लांटेबल सरणियाँ व्यक्तिगत न्यूरॉन्स से संकेतों को प्राप्त करने की अनुमति देती हैं, जैसे कि मोटर आंदोलन की स्थिति या वेग जैसी जानकारी को सक्षम करना जिसका उपयोग कृत्रिम उपकरण को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है। बड़े पैमाने पर, दसियों प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड के साथ समानांतर रिकॉर्डिंग संभव है, कम से कम कृन्तकों में, पशु व्यवहार के दौरान। यह इस तरह के बाह्य रिकॉर्डिंग को तंत्रिका सर्किट की पहचान करने और उनके कार्यों का अध्ययन करने के लिए पसंद की विधि बनाता है। बहु-इलेक्ट्रोड बाह्य कोशिकीय सरणियों का उपयोग करके रिकॉर्ड किए गए न्यूरॉन की अस्पष्ट पहचान, चूंकि, आज तक एक समस्या बनी हुई है।

नुकसान

पैच क्लैम्प और गतिशील दबाना सिस्टम की तुलना में उनके कम स्थानिक रिज़ॉल्यूशन के कारण एकल कोशिकाओं को रिकॉर्ड करने और उत्तेजित करने के लिए इन विट्रो एमईएs कम अनुकूल हैं। संकेतों की जटिलता एक एमईए इलेक्ट्रोड प्रभावी ढंग से अन्य कोशिकाओं को प्रेषित कर सकती है जो गतिशील क्लैंप की क्षमताओं की तुलना में सीमित है।

माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी के आरोपण के लिए कई जैविक प्रतिक्रियाएं भी हैं, विशेष रूप से जीर्ण आरोपण के संबंध में। इन प्रभावों में सबसे उल्लेखनीय न्यूरोनल सेल लॉस, ग्लिअल स्कारिंग और कार्यशील इलेक्ट्रोड की संख्या में गिरावट है।[21] आरोपण के लिए ऊतक प्रतिक्रिया विदेश मंत्रालय टांगों के आकार, टांगों के बीच की दूरी, विदेश मंत्रालय सामग्री संरचना, और सम्मिलन की समय अवधि सहित कई कारकों के बीच निर्भर है। ऊतक प्रतिक्रिया को साधारणतयः अल्पावधि और दीर्घकालिक प्रतिक्रिया में विभाजित किया जाता है। अल्पावधि प्रतिक्रिया आरोपण के घंटों के भीतर होती है और डिवाइस के आसपास एस्ट्रोसाइट्स और ग्लियल कोशिकाओं की बढ़ती आबादी के साथ शुरू होती है। भर्ती किए गए माइक्रोगिला तब सूजन शुरू करते हैं और विदेशी सामग्री के फैगोसाइटोसिस की प्रक्रिया शुरू होती है। समय के साथ, डिवाइस में भर्ती किए गए एस्ट्रोसाइट्स और माइक्रोग्लिया जमा होना शुरू हो जाते हैं, जिससे सरणी के चारों ओर एक म्यान बन जाता है जो डिवाइस के चारों ओर दसियों माइक्रोमीटर तक फैला होता है। यह न केवल इलेक्ट्रोड जांच के बीच के स्थान को बढ़ाता है, बल्कि इलेक्ट्रोड को भी इन्सुलेट करता है और प्रतिबाधा माप को बढ़ाता है। इन उपकरणों के अनुसंधान में सरणियों के पुराने आरोपण के साथ समस्याएं एक प्रेरक शक्ति रही हैं। एक उपन्यास अध्ययन ने क्रोनिक इम्प्लांटेशन के कारण होने वाली सूजन के न्यूरोडीजेनेरेटिव प्रभावों की जांच की।[22] इम्युनोहिस्टोकैमिकल मार्करों ने इलेक्ट्रोड रिकॉर्डिंग साइट के पास अल्जाइमर रोग के एक संकेतक हाइपरफॉस्फोराइलेटेड ताऊ की आश्चर्यजनक उपस्थिति दिखाई। इलेक्ट्रोड सामग्री का फैगोसाइटोसिस भी एक बायोकम्पैटिबिलिटी प्रतिक्रिया के विवाद पर सवाल उठाता है, जो कि शोध से पता चलता है कि विवो में 12 सप्ताह के बाद सरल हो गया है और लगभग न के बराबर हो गया है। उपकरण सम्मिलन के नकारात्मक प्रभावों को कम करने के लिए अनुसंधान में प्रोटीन के साथ उपकरणों की सतह कोटिंग सम्मलित है जो न्यूरॉन अटैचमेंट को प्रोत्साहित करती है, जैसे लेमिनिन, या दवा क्षालन पदार्थ।[23]

अनुप्रयोग

इन विट्रो में

अलग-अलग न्यूरोनल नेटवर्क की प्रकृति विवो मॉडल की तुलना में अपने औषधीय प्रतिक्रिया के चरित्र को परिवर्तन करने या कम करने लगती नहीं है, यह सुझाव देते हुए कि एमईए का उपयोग अधिक सरल, नियंत्रित वातावरण में अलग-अलग न्यूरोनल संस्कृतियों पर फार्माकोलॉजिकल प्रभावों का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है।[24] अलग-अलग न्यूरोनल नेटवर्क पर एमईए का उपयोग करते हुए कई फार्माकोलॉजिकल अध्ययन, उदा। इथेनॉल के साथ अध्ययन।[25] विदेश मंत्रालय का उपयोग करके अंतःप्रयोगशाला सत्यापन किया गया है।[26] इसके अतिरिक्त, नेटवर्क फ़ंक्शन के विभिन्न जैव-भौतिक पहलुओं पर काम का एक बड़ा निकाय साधारणतयः अलग-अलग कॉर्टिकल नेटवर्क स्तर पर व्यवहार स्तर पर अध्ययन की गई घटनाओं को कम करके किया गया था। उदाहरण के लिए, ऐसे नेटवर्क की स्थानिक निकालने की क्षमता[27] और लौकिक[28] विभिन्न इनपुट संकेतों की विशेषताएं, तुल्यकालन की गतिशीलता,[29] न्यूरोमॉड्यूलेशन (जीव विज्ञान) के प्रति संवेदनशीलता[30][31][32] और बंद लूप शासनों का उपयोग करके सीखने के कैनेटीक्स।[33][34] अंत में, संनाभि माइक्रोस्कोपी के साथ विदेश मंत्रालय की तकनीक का संयोजन नेटवर्क गतिविधि और सिनैप्टिक रीमॉडेलिंग के बीच संबंधों का अध्ययन करने की अनुमति देता है।[9]

एमईएs का उपयोग नियंत्रक के रूप में गैर-जैविक प्रणालियों के साथ न्यूरोनल नेटवर्क को इंटरफ़ेस करने के लिए किया गया है। उदाहरण के लिए, एमईएs का उपयोग करके एक न्यूरल-कंप्यूटर इंटरफ़ेस बनाया जा सकता है। आभासी वातावरण में एक एनिमेट को नियंत्रित करने के लिए अलग-अलग चूहे सेरेब्रल कॉर्टेक्स न्यूरॉन्स को एक बंद उत्तेजना-प्रतिक्रिया फीडबैक लूप में एकीकृत किया गया था।[35] पॉटर, माधवन और डीमार्स द्वारा एमईएN का उपयोग करके एक प्रतिपुष्टि। क्लोज्ड-लूप प्रोत्साहन-प्रतिक्रिया प्रणाली का निर्माण भी किया गया है।[36] और रीडिंग विश्वविद्यालय में मार्क हैमंड, केविन वारविक और बेन व्हाली द्वारा। एमईए पर लगभग 300,000 अलग-अलग चूहे के न्यूरॉन्स चढ़ाए गए थे, जो एक रोबोट पर मोटर्स और अल्ट्रासाउंड सेंसर से जुड़ा था, और होश आने पर बाधाओं से बचने के लिए वातानुकूलित था।[37] इन पंक्तियों के साथ, तकनीक में शिमोन मैरोम और सहयोगियों - इज़राइल इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी ने एमईए पर लेगो माइंडस्टॉर्म रोबोट के लिए अलग-अलग न्यूरोनल नेटवर्क को झुका दिया; रोबोट के दृश्य क्षेत्र को नेटवर्क द्वारा वर्गीकृत किया गया था, और रोबोट पहियों को आदेश दिए गए थे कि यह पूरी तरह से बाधाओं से टकराने से बच जाए।[27]यह ब्रेटेनबर्ग वाहन| ब्रेटेनबर्ग वाहन का उपयोग रिवर्स न्यूरो-इंजीनियरिंग के कम निर्धारण को प्रदर्शित करने के लिए किया गया था, जिसमें दिखाया गया था कि प्रासंगिक जानकारी के हर टुकड़े के लिए व्यावहारिक रूप से असीमित पहुंच के साथ एक साधारण सेटअप में भी,[38] रोबोट व्यवहार को चलाने के लिए उपयोग की जाने वाली विशिष्ट तंत्रिका कोडिंग योजना को निश्चित रूप से निकालना असंभव था।

हिप्पोकैम्पल स्लाइस में नेटवर्क फायरिंग का निरीक्षण करने के लिए विदेश मंत्रालय का उपयोग किया गया है।[39]

विवो में

ऐसे कई इम्प्लांटेबल इंटरफेस हैं जो वर्तमान में उपभोक्ता उपयोग के लिए उपलब्ध हैं जिनमें गहरी मस्तिष्क उत्तेजना, कर्णावर्त तंत्रिका का प्रत्यारोपण और कृत्रिम पेसमेकर सम्मलित हैं। डीप ब्रेन स्टिमुलेशन (डीबीएस) पार्किंसंस रोग, जैसे आंदोलन संबंधी विकारों के इलाज में प्रभावी रहा है।[40] और कर्णावत प्रत्यारोपण ने श्रवण तंत्रिका की उत्तेजना में सहायता करके कई लोगों को अपनी सुनवाई में सुधार करने में मदद की है। उनकी उल्लेखनीय क्षमता के कारण, विदेश मंत्रालय तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान का एक प्रमुख क्षेत्र है। शोध से पता चलता है कि विदेश मंत्रालय स्मृति निर्माण और धारणा जैसी प्रक्रियाओं में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है और मिर्गी, प्रमुख अवसादग्रस्तता विकार और जुनूनी-बाध्यकारी विकार जैसी स्थितियों के लिए चिकित्सीय मूल्य भी रख सकता है।[citation needed]. रीढ़ की हड्डी की चोट के बाद मोटर नियंत्रण को बहाल करने के लिए या पेशीशोषी पार्श्व काठिन्य के उपचार के लिए इंटरफ़ेस उपकरणों का उपयोग करके क्लिनिकल परीक्षण ब्रेनगेट नामक एक परियोजना में शुरू किया गया है (वीडियो डेमो देखें: BrainGate) . विदेश मंत्रालय समय के अलग-अलग संकेतों को रिकॉर्ड करने के लिए आवश्यक उच्च रिज़ॉल्यूशन प्रदान करता है, जिससे उन्हें प्रोस्थेटिक उपकरणों को नियंत्रित करने और प्रतिक्रिया प्राप्त करने दोनों के लिए उपयोग करने की क्षमता मिलती है, जैसा कि केविन वारविक, मार्क गैसन और पीटर किबर्ड द्वारा दिखाया गया था।[41][42] शोध बताते हैं कि एमईए का उपयोग ऑप्टिक तंत्रिका को उत्तेजित करके दृष्टि को हटाने में सहायता करने में सक्षम हो सकता है।[7]

विदेश मंत्रालय उपयोगकर्ता बैठकें

टूबिंगन विश्वविद्यालय में प्राकृतिक और चिकित्सा विज्ञान संस्थान (एनएमआई) द्वारा आयोजित रूटलिंगन में एक द्विवार्षिक वैज्ञानिक उपयोगकर्ता बैठक आयोजित की जाती है। बैठकें आधारित और अनुप्रयुक्त न्यूरोसाइंस के साथ-साथ औद्योगिक दवा खोज, सुरक्षा फार्माकोलॉजी और न्यूरोटेक्नोलॉजी में माइक्रोइलेक्ट्रोड एरे के नए विकास और वर्तमान अनुप्रयोगों से संबंधित सभी पहलुओं का व्यापक अवलोकन प्रदान करती हैं। द्विवार्षिक सम्मेलन उद्योग और शिक्षा दोनों से एमईए के विकास और उपयोग करने वाले वैज्ञानिकों के लिए एक अंतरराष्ट्रीय स्थल के रूप में विकसित हुआ है, और इसे उच्च गुणवत्ता के सूचना-भरे वैज्ञानिक मंच के रूप में मान्यता प्राप्त है। मीटिंग योगदान ओपन एक्सेस कार्यवाही पुस्तकों के रूप में उपलब्ध हैं।

कला में प्रयोग करें

वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए उपयोग किए जाने के अतिरिक्त, समकालीन कला में तकनीक और जीव विज्ञान के बीच संबंधों के बारे में दार्शनिक प्रश्नों की जांच के लिए विदेश मंत्रालय का उपयोग किया गया है। परंपरागत रूप से पश्चिमी विचार के भीतर, जीव विज्ञान और प्रौद्योगिकी को दो अलग-अलग श्रेणियों में विभाजित किया गया है: :wikt:βίος Ancient यूनानी और Techne|technê।[43] 2002 में, एमईएआरटी: अर्ध-जीवित कलाकार पर्थ में पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया विश्वविद्यालय में सिम्बायोटिका और अटलांटा में जॉर्जिया तकनीकी संस्थान में पॉटर लैब के बीच एक सहयोगी कला और विज्ञान परियोजना के रूप में बनाया गया था, जीव विज्ञान और के बीच संबंधों पर सवाल उठाने के लिए तकनीकी।[44][45][46][47] एमईएआरटी में अटलांटा में एमईए पर इन विट्रो में उगाए गए चूहे कॉर्टिकल न्यूरॉन्स सम्मलित थे, जो पर्थ में कागज पर पेन से ड्राइंग करने में सक्षम एक वायवीय रोबोट आर्म और दोनों के बीच संचार को नियंत्रित करने के लिए सॉफ्टवेयर था। पर्थ और अटलांटा के बीच एक बंद लूप में न्यूरॉन्स से सिग्नल रिले किए गए थे क्योंकि एमईए ने वायवीय हाथ को उत्तेजित किया था। एमईएआरटी को पहली बार 2002 में पर्थ समकालीन कला संस्थान में बायोफील प्रदर्शनी में जनता के लिए प्रदर्शित किया गया था।[46][48]

यह भी देखें


संदर्भ

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