न्यूरल डस्ट
न्यूरल डस्ट वायरलेस पावर ट्रांसफर न्यूरल संवेदक के रूप में संचालित नैनोमीटर आकार के उपकरणों का काल्पनिक वर्ग है; यह एक प्रकार का मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस (ब्रेन कंप्यूटर इंटरफेस) है। संवेदक का उपयोग नसों और मांसपेशियों के अध्ययन, निगरानी या नियंत्रण के लिए और दूर से न्यूरल गतिविधि की निगरानी के लिए किया जा सकता है। व्यवहार में, चिकित्सा उपचार हजारों न्यूरल डस्ट उपकरणों को मानव मस्तिष्क में पेश कर सकता है। यह शब्द "स्मार्टडस्ट" से लिया गया है, क्योंकि न्यूरल डस्ट के रूप में उपयोग किए जाने वाले संवेदक को भी इस अवधारणा द्वारा परिभाषित किया जा सकता है।[1]
पृष्ठभूमि
न्यूरल डस्ट के लिए डिजाइन पहली बार कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले वायरलेस रिसर्च सेंटर से 2011 के पेपर में प्रस्तावित किया गया था, जिसमें लंबे समय तक चलने वाले वायरलेस ब्रेन कंप्यूटर इंटरफेस (बीसीआई) बनाने की चुनौतियों और उत्कृष्ट लाभों दोनों का वर्णन किया गया था।[2] जबकि बीसीआई का इतिहास 1924 में हंस बर्जर द्वारा विद्युतमस्तिष्कलेखन के आविष्कार के साथ प्रारंभ होता है, यह शब्द 1970 के दशक तक वैज्ञानिक साहित्य में प्रकट नहीं हुआ था। राष्ट्रीय विज्ञान संस्था के शोध अनुदान के बाद क्षेत्र का हॉलमार्क शोध कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, लॉस एंजिल्स (यूसीएलए) से आया है।[3]
जबकि न्यूरल डस्ट बीसीआई की श्रेणी में आती है, इसका उपयोग न्यूरोप्रोस्थेटिक्स (न्यूरल प्रोस्थेटिक्स के रूप में भी जाना जाता है) के क्षेत्र में भी किया जा सकता है। जबकि शब्दों को कभी-कभी एक दूसरे के लिए उपयोग किया जाता है, मुख्य अंतर यह है कि जहां बीसीआई सामान्यतः न्यूरल गतिविधि को सीधे कंप्यूटर से जोड़ता है, वहीं न्यूरोप्रोस्थेटिक्स केंद्रीय न्यूरल तंत्र में गतिविधि को लुप्त या क्षीण शरीर के अंग के कार्य को बदलने के लिए उपकरण से जोड़ते हैं। .
कार्य
घटक
न्यूरल डस्ट प्रणाली के प्रमुख घटकों में संवेदक नोड्स (न्यूरल डस्ट) सम्मिलित हैं, जिनका उद्देश्य 10-100 µm3 पैमाना में होना है, और उप-क्रेनियल इंटररोगेटर है, जो ड्यूरा मेटर के नीचे स्थित होगा और शक्ति और न्यूरल डस्ट के लिए संचार लिंक दोनों प्रदान करेगा। न्यूरल डस्ट मॉट्स में रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड, कस्टम ट्रांजिस्टर और पीजोइलेक्ट्रिक संवेदक<nowiki> संवेदक की एक जोड़ी होती है। [4] पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल बाह्य समष्टि से मस्तिष्क गतिविधि को रिकॉर्ड करने और इसे विद्युत संकेत में परिवर्तित करने में सक्षम है।
डेटा और पावर ट्रांसफर
जबकि बीसीआई के कई रूप सम्मिलित हैं, न्यूरल डस्ट अपने आकार, वायरलेस क्षमता और अल्ट्रासाउंड कंप्यूटर टोमोग्राफी तकनीक के उपयोग के कारण स्वयं की एक श्रेणी में है। जबकि कई तुलनीय उपकरण वायरलेस न्यूरल संवेदक के साथ अन्तःक्रिया के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों (जैसे आकाशवाणी आवृति) का उपयोग करते हैं, 2011|title=आरएफ बैकस्कैटरिंग विधियों का उपयोग करके न्यूरोपोटेंशियल की रिकॉर्डिंग के लिए एक पूरी तरह से निष्क्रिय वायरलेस माइक्रोसिस्टम| अल्ट्रासाउंड का उपयोग उच्च स्थानिक संकल्प के साथ-साथ ऊतक में कम क्षीणन के लाभ प्रदान करता है। इसके परिणामस्वरूप उच्च पैठ गहराई (और इसलिए उप-कपाल संचारक के साथ आसान संचार), साथ ही अवकीर्णन या अवशोषण के कारण शरीर के ऊतकों में वितरित होने वाली अवांछित ऊर्जा कम हो जाती है। यह अतिरिक्त ऊर्जा गर्मी का रूप ले लेगी, जिससे आसपास के ऊतकों को नुकसान होता है। अल्ट्रासाउंड का उपयोग भी संवेदक नोड्स के अधिक स्केलिंग की अनुमति देता है, जिससे 100 µm से कम आकार की अनुमति मिलती है, जो इम्प्लांटेबल इलेक्ट्रॉनिक्स के दायरे में बड़ी संभावना प्रदान करता है।
प्रत्यक् प्रकीर्ण संचार
न्यूरल डस्ट मॉट्स के बेहद छोटे आकार के कारण, संवेदक में ही कार्यात्मक प्रेषक बनाना अव्यावहारिक और लगभग असंभव होता है। इस प्रकार रेडियो फ्रिक्वेंसी पहचान (आरएफआईडी) तकनीकों से अपनाई गई प्रत्यक् प्रकीर्ण कार्यरत है। आरएफआईडी निष्क्रिय में, बैटरी रहित टैग आरएफ पूछताछकर्ता के करीब होने पर रेडियो आवृत्ति (आरएफ) ऊर्जा को अवशोषित और प्रतिबिंबित करने में सक्षम होते हैं, जो उपकरण है जो आरएफ ऊर्जा को प्रसारित करता है। चूंकि वे आरएफ ऊर्जा को पूछताछकर्ता को वापस प्रतिबिंबित करते हैं, वे आवृत्ति को संशोधित करने में सक्षम होते हैं, और ऐसा करने में, जानकारी को एन्कोडिंग करते हैं। न्यूरल डस्ट इस विधि को सब-ड्यूरल कम्युनिकेटर द्वारा अल्ट्रासाउंड पल्स भेजने के द्वारा नियोजित करता है जो तब न्यूरल डस्ट संवेदक द्वारा परिलक्षित होता है। पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल बाह्य अंतरिक्ष में अपने स्थान से न्यूरोनल सिग्नल का पता लगाता है, और पूछताछ करने वाले को वापस परावर्तित होने वाली अल्ट्रासाउंड ऊर्जा को एक तरह से संशोधित किया जाएगा जो रिकॉर्ड की गई गतिविधि को संप्रेषित करता है।
न्यूरल डस्ट संवेदक के प्रस्तावित मॉडल में, ट्रांजिस्टर मॉडल ने स्थानीय क्षेत्र क्षमता और क्रिया क्षमता स्पाइक्स के बीच अलग करने की विधि के लिए अनुमति दी, जो रिकॉर्डिंग से प्राप्त डेटा की बहुत ही विविध बहुलता की अनुमति देता है।[2]
नैदानिक और स्वास्थ्य अनुप्रयोग
न्यूरल प्रोस्थेटिक्स (कृत्रिमांग)
न्यूरल कृत्रिम अंगों के कुछ उदाहरणों में कर्णावत प्रत्यारोपण सम्मिलित हैं जो श्रवण को बहाल करने में सहायता कर सकते हैं,[5] कृत्रिम सिलिकॉन रेटिना माइक्रोचिप्स जो रेटिनाइटिस पिगमेंटोसा से रेटिनल अध: पतन के इलाज में प्रभावी सिद्ध हुए हैं,[6] और यहां तक कि मोटर कृत्रिम अंग जो चतुर्भुज या पेशीशोषी पार्श्व काठिन्य जैसे विकारों से प्रभावित लोगों में गति की क्षमता प्रदान कर सकते हैं।[7] मोटर कृत्रिम अंग के संयोजन में न्यूरल डस्ट का उपयोग गतिविधि के बहुत बेहतर नियंत्रण की अनुमति दे सकता है।
इलेक्ट्रोस्टिम्यूलेशन
जबकि नस और मानव मस्तिष्क के ऊतकों की विद्युत उद्दीपनके तरीकों को पहले से ही कुछ समय के लिए नियोजित किया गया है, न्यूरल डस्ट का आकार और वायरलेस प्रकृति तकनीक के नैदानिक अनुप्रयोगों में उन्नति की अनुमति देती है। महत्वपूर्ण रूप से, क्योंकि न्यूरोस्टिम्यूलेशन के पारंपरिक तरीके और न्यूरल उद्दीपनके कुछ प्रकार जैसे कि रीढ़ की हड्डी उत्तेजक प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड का उपयोग करते हैं जो तारों से जुड़े रहते हैं, संक्रमण और जख्म का खतरा अधिक होता है। चूंकि ये जोखिम न्यूरल डस्ट के उपयोग में कारक नहीं हैं, सेंसर नोड के लिए पर्याप्त विद्युत प्रवाह लागू करने की चुनौती अभी भी सम्मिलित है।
स्लीप एपनिया
इलेक्ट्रोस्टिम्यूलेशन उपकरण ऑब्सट्रक्टिव स्लीप एपनिया (ओएसए) के इलाज में पहले ही कुछ प्रभाव दिखा चुके हैं। गंभीर ओएसए वाले मरीजों पर शल्य चिकित्सा द्वारा प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोस्टिम्यूलेशन उपकरण का उपयोग करने वाले शोधकर्ताओं ने उपकरण के उपचार के 12 महीने की अवधि में महत्वपूर्ण सुधार पाया हैं।[8] केंद्रीय स्लीप एपनिया को कम करने में फ्रेनिक न्यूरल की उद्दीपनको भी प्रभावी दिखाया गया है।[9]
पैराप्लेजिक्स में ब्लैडर कंट्रोल
रीढ़ की हड्डी की चोट के रोगियों को रीढ़ की हड्डी के पूर्वकाल जड़ क्षेत्र को उद्दीपन करने के लिए रेडियो-लिंक्ड इम्प्लांट्स का उपयोग करके पेशाब करने और शौच करने की क्षमता में सुधार करने की अनुमति देने में विद्युत उत्तेजना उपकरण प्रभावी रहे हैं।[10]
मिर्गी
मिर्गी के रोगियों में विद्युत उद्दीपन चिकित्सा कुछ समय के लिए अच्छी तरह से स्थापित प्रक्रिया रही है, जिसे 1950 के दशक की प्रांरम्भ में खोजा गया था।[11] अमेरिकन एपिलेप्सी सोसाइटी का सर्वोपरि उद्देश्य स्वचालित मस्तिष्क विद्युत उद्दीपन (जिसे आकस्मिक, या संवृत लूप उद्दीपन के रूप में भी जाना जाता है) का निरंतर विकास है, जो मस्तिष्क के पैटर्न के आधार पर जब्ती-विराम विद्युत उद्दीपन प्रदान करता है जो संकेत देता है कि जब्ती होने वाली है। यह उद्दीपन की तुलना में विकार का बेहतर उपचार प्रदान करता है जो इस अनुमान पर आधारित होता है कि दौरा कब पड़ सकता है।[12] जबकि योनि न्यूरल उद्दीपन अधिकांशतः मिरगी के दौरे के उपचार के लिए लक्षित क्षेत्र है, हिप्पोकैम्पस, थैलेमस और सबथैलेमिक न्यूक्लियस में उद्दीपन की प्रभावकारिता पर शोध किया गया है। पार्किंसंस रोग के उपचार की तकनीक के रूप में संवृत-लूप कॉर्टिकल न्यूरोमॉड्यूलेशन की भी जांच की गई है[13]
संदर्भ
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