Нейроимпланты

 
1 2 3 4 5
hcube> Электроды тоже представляют из себя пластинки, подключенные к тому же самому чипу.

Тут проблемы с площадью, впрочем уже писал об этом.

hcube> Можно прикинуть конденсатор, кстати. Допустим, КПД радиотракта у нас порядка 10%. Размер чипа - 10х10 мкм. Допустим, диэлекрик - титанат бария, диэлектрическая проницаемость 8000, напряжение пробоя 12 кВ на см. т.е. 1.2Мв на метр. При толщине диэлектрического слоя в 1 микрон, максимальное напряжение составит 1.2В. Чего вполне достаточно для работы современной электронной схемы. Далее, емкость. Емкость плоского конденсатора равна s*e*e0/d = 10-10*9*10-12*8*103/10-6 = 7.2*10-12, т.е. 7.2 нФ. Энергия в этом конденсаторе будет равна примерно 5*10-12 Дж. Т.е. нам остается скажем 1*10-12 Дж. Т.е. за счет этой энергии мы можем генерировать наши 25 нановатт в течении аж 1/25 секунды, дальше батарейка сядет ;-).

Стало быть Emax = 1*10-12J, при C = 7.2uF? Тады Q = SQR(2*7.2e-9*1*10-12) = .12uC. Маловато будет (с).

Впрочем ладно, макс. заряд можно и увеличить на порядок-два при желании. Но какая там будет dq/dt, хотя бы приблизительно? Нам надо как минимум что-то в районе 10mC/sec при одном кондере.

hcube> На скорости в 10 мбит мы успеем передать порядка 40 килобайт информации.

Максимум что оно может передовать - это разность потенциалов с самого чипа (ещё одна бяка, по отношению к чему мерить будем? Все же придется как-то определять расположение пылинок в 3Д). Так что дикий объем инфы передавать не надо, что есть хорошо с нашими-то ограничениями по энергии

hcube> Hitachi develops RFID powder ~ Pink Tentacle
hcube> Размер РФ чипа в 50х50 мкм уже достигнут. Толщина - 5 мкм. Внутри - вполне себе логика, как раз то что нам надо. Питается от приходящего радиоизлучения

Ну да. Теперь делаем все компоненты работающими годами (важно), добавляем электроды, кондер, некую оболочку. Вряд ли в размер попадем.
 
Это сообщение редактировалось 25.02.2007 в 06:08
Wyvern-2> Можно сказать, что исследователи института зрения при университете Южной Калифорнии (США) (Doheny Eye Institute at the University of Southern California) после испытаний протезов сетчатки очень близко подобрались к проведению подобных операций на постоянной основе.

Имплант эписетчаточный, нужно резать сквозь глаз, всегда носить очки вкупе с батарейкой, и поле зрения менять можно только поворотом головы. Лично мне субсетчаточные импланты более симпатичны, будущее за ними.

hcube> Т.е. с ней можно жить вечно в любом количестве копий.

Никогда не любил идею телепортации в научной фантастике - типа на этом конце ты умираешь, а на другом появляется точная копия тебя - но не ты.

Так что если такое и появится, время существования большинству из этих копий имхо ограничат - а то обычным биологическим людям обидно станет :-)
 
Это сообщение редактировалось 25.02.2007 в 05:40
+
-
edit
 

valture

опытный

russo> Так что если такое и появится, имхо время существования большинству из этих копий имхо ограничат - а то обычным биологическим людям обидно станет :-)

как бы копии сами не ограничили время
существования этим обидчивым
созданиям .... :D
 
russo>> Так что если такое и появится, имхо время существования большинству из этих копий имхо ограничат - а то обычным биологическим людям обидно станет :-)
valture> как бы копии сами не ограничили время
valture> существования этим обидчивым
valture> созданиям .... :D

А мы их - тремя законами :-F

Впрочем не вполне понятно как эти законы туды монтировать :(
 

hcube

старожил
★☆
Емкость поднятьне получится. Разве что если в два раза, сделав заряженную пластину по центру и вдвое утолщив диэлектрик. Но, повторюсь - 40 кб 25 раз в секунду - это много больше чем нам надо. А надо нам - скажем, 100 раз в секунду по 2 байта. Ну, или по 20 байт - если мы измерем не только потенциал на аксоне, а еще и всякую химию.

Итого получается, что у нас есть по передатчику примерно 500-кратный запас мощности. Ну, допустим 50-кратный, если я ошибся с избирательностью антенны.

Далее, еще два момента. Обьем головного мозга - порядка 2 литров. Допустим, обьем интересующих нас областей - 1 литр. Обьем области фокусировки - 1 см3.
Вопрос. Чип должен производить стимуляцию или наоборот блокировку аксонов. Сколько мощности для этого нужно? Т.е. ток какой формы и амплитуды нужно сгенерировать чтобы создать в аксоне искуственный сигнал?

Второй вопрос. Какая должна быть плотность 'накачивающего' излучения, принимая КПД приемника за 50%, и площадь антенны за 10-10 м2, с учетом того что нам нужно иметь порядка 5 нВт средней мощности на чип, которых в этом см3 плавает... так, 10 миллионов делим на 1000 см3 - порядка 10000. Ну, допустим порядка 100 штук, для начала - на самом деле число чипов сверху ограничено потребляемой мощностью - как только она начнет резко расти (т.е. чипы начнут друг друга экранировать) - то это значит что предел числа чипов достигнут.
Убей в себе зомби!  
hcube> Емкость поднятьне получится. Разве что если в два раза, сделав заряженную пластину по центру и вдвое утолщив диэлектрик.

Без поднятия емкости кондера или установки двух :-F нормальная бифазовая стимуляция имхо не получится, сможем только записывать. Ладно.

hcube> Ну, или по 20 байт - если мы измерем не только потенциал на аксоне, а еще и всякую химию.

Отдельные химические датчики ставить - эдак мы и вовсе места не напасемся :-) А для измерения концентрации веществ (скажем кислорода) током у нас энергетики не хватает.

Кстати, как правильно сказать injection of current?

hcube> Далее, еще два момента. Обьем головного мозга - порядка 2 литров. Допустим, обьем интересующих нас областей - 1 литр. Обьем области фокусировки - 1 см3.

hcube> Вопрос. Чип должен производить стимуляцию или наоборот блокировку аксонов. Сколько мощности для этого нужно? Т.е. ток какой формы и амплитуды нужно сгенерировать чтобы создать в аксоне искуственный сигнал?

Сообщенный нервным тканям заряд должен быть в районе 1uC. В силу особенностей электрохимического интерфейса приходится все мерить в еденицах заряда.

Формы тока помещу в конце поста. В индустрии чаще всего используется сбалансированный бифазовый заряд, период между отрицательной и положительной фазами - 100 микросекунд (при монофазовой форме приходится использоват на порядки меньшие заряды, иначе трамвируется ткань). Сейчас работают над несбалансированным бифазовым зарядом - это уменьшает коррозию электрода.

hcube> Второй вопрос. Какая должна быть плотность 'накачивающего' излучения, принимая КПД приемника за 50%, и площадь антенны за 10-10 м2

Для чего, для стимуляции или работы микросхем и передачи сигнала наружу? если стимуляции то 1uC за 100us на 10ангрстем2 при .5 эффективности, получается что-то около 20mA на 10A2

Ну а для передачи - не знаю попросту. Вообще сейчас приходит понимание что электронику, организацию микросхем, и прочие электромагнитные поля и волны надо была начинать брать ещё на втором курсе, а то и на первом :-D

Картинки:
1 - Формы тока (плюсы минусы каждой)
2 - Максимальный безопасный уровень стимуляции для тканей. Выведен эмпирически, log(Q/A) = k − log(Q). Ток вроде бифазовый, жаль типы материалов не указаны( копатся же в оригинальных работах - лень :-) ) Также "safe" - это для ткани, коррозией они емнип не занимались

ЗЫ Может как ножницы заработают все это перенести в e-Dust?
Прикреплённые файлы:
Waveforms.jpg (скачать) [64,54 кбайт, 24 загрузки] [attach=49288]
 
safe.jpg (скачать) [46,82 кбайт, 29 загрузок] [attach=49289]
 
 
 
Это сообщение редактировалось 26.02.2007 в 00:03

hcube

старожил
★☆
А у меня они всегда работали. Детально отвечу... позже ;-) Тогда же и перенесу ;-D. По поводу плотности мощности - это был риторический вопрос. Надо будет почитать доки - как взаимодействует с контуром длинная (много больше размера контура) ЭМ волна. Если я правильно помню, то там важна магнитная составляющая.

Вопрос есть такой - проводился анализ того, какие частоты тканью мозга МЕНЬШЕ всего поглощаются? По крайней мере, можно ТОЧНО взять показатель в примерно 10 Вт мощности равномерно распределенной по всему обьему как предельно-безопасный. Как рабочую мощонсть - можно пока принять 1 Вт. Поскольку мобильники имеют мощность сосредоточенного излучения порядка 0.5Вт.

Химия измеряется очень просто - так же как нос чувствует запахи ;-D. т.е. делается электрод, покрытый специфичным белком. К этому белку 'липнут' соответствующие вещества или вещество. Ну, то есть не липнут впрямую, а образуется биохимическая пара. И вот напряжение на электроде с этой парой и регистрируется.

Завтра посчитаю, какой энергетикой располагает пылинка. Сколько можно накопить мы уже знаем ;-). Кстати, есть мысль как ее двигать. Вероятно, понадобится делать ферромагнитный сердечник приемной катушки - а это значит, что двигать пылинку можно просто магнитным полем... хорошо софкусированным.
Убей в себе зомби!  
Это сообщение редактировалось 26.02.2007 в 00:39
hcube> А у меня они всегда работали. Детально отвечу... позже ;-) Тогда же и перенесу ;-D.

Добро :-)

hcube> Вопрос есть такой - проводился анализ того, какие частоты тканью мозга МЕНЬШЕ всего поглощаются?

Я о таких не слышал. Наверное были. Сейчас времени нет, но как появится - пошукаю пабмед и народ на работе порасспрашиваю.

hcube> Химия измеряется очень просто - так же как нос чувствует запахи ;-D. т.е. делается электрод, покрытый специфичным белком. К этому белку 'липнут' соответствующие вещества или вещество. Ну, то есть не липнут впрямую, а образуется биохимическая пара. И вот напряжение на электроде с этой парой и регистрируется.

Сейчас меряют так - вкачивают ток, как только биохимическая реакция образования радикалов становится линейной - достигнут уровень массового транспорта (диффузии), из чего уже можно считать концентрацию например кислорода.

Напрямую с электродом вещества обычно не контактируют, первый слой сразу за металлом - это всегда вода (которая служит природным конденсатором при подаче тока). Когда достигнут определенный уровень Ферми - начинается адсорбция катионов или анионов к поверхности (в зависимости от направления тока).

Так что измереним кол-ва веществ адсорбирующих к поверхности мерить ничего кроме ионов не получится, да и для того нужны энергозатраты.
 
Вот кстати интересный проект, чем-то напоминающий еДаст (много маленьких независимых стимулирующих юнитов)



Размер одного электрода - 2мм внешний диаметр, 16мм длина. Вводят их через 12-gauge trochar (понятия не имею как сказать). Электроды на обоих концах. Контроль и энергия - через внешную катушку. Один внешний юнит может контролировать до 256 БИОНов.

PS Это конечно же для ПНС - нейромускульное воздействие в основном
Прикреплённые файлы:
BION.jpg (скачать) [49,72 кбайт, 24 загрузки] [attach=49316]
 
BION2.JPG (скачать) [60,16 кбайт, 24 загрузки] [attach=49317]
 
 
 
Это сообщение редактировалось 26.02.2007 в 04:57
Ну и вдогонку к ссылке ника об искуственных нейросетях:

Can neuronal networks be trained? A very recent positive answer came form Shahaf & Marom (4), who demonstrated that networks of cortical neurons can be trained in a remarkably simple and rapid way. They found that the network “explores a large space of possible connections and can be instructed to select and stabilize one or a subset of them by withdrawing the stimulus at the point that the connection is observed.” The experiments were done by stimulating a specific electrode pair at a low rate (0.3, 0.5, or 1 Hz), with two distinct timing patterns (2 or 10 minutes on, 8 minutes off ), until a predefined response was observed at 50 ms after the stimulus, at which time the stimulation was stopped and the procedure repeated. Ultimately the desired response is elicited directly. The authors conclude that the networks stabilize at response configurations that remove the stimuli, and they extend this conclusion speculatively to the behavioral concept of reward: The brain responds to stimuli in a nonexploratory way. This means that once a task has been learned, recognition characterizes itself by the absence of the exploration of possible solutions. (The principle here is very different from that of a reward model involving a separate mechanism.)

Продолжаю готовится к экзамену по нейроинтерфейсам :-F
 
Это сообщение редактировалось 26.02.2007 в 04:46
+
-
edit
 

Wyvern-2

координатор
★★★☆
Дожил таки...в 1979 году "управление мыслью" мы в компании отнесли к той фантастике, которую мы не увмдим..наивные 14 тинэйджеры-скептики :F

Project Epoc — новая концепция игрового шлема на нейро-технологиях

Project Epoc — новая концепция игрового шлема на нейро-технологиях Project Epoc — новая концепция игрового шлема на нейро-технологиях

// www.ixbt.com
 



Ник
Жизнь коротка, путь искусства долог, удобный случай мимолетен, опыт обманчив.... Ἱπποκράτης  
Только узнал: БИОН приведенный выше скоро будут делать с подзаряжаемой батарейкой. В обшем последний гвоздь в гроб е-Даст, уж если такую бандуру для стимуляции мускулов не могут надежно продавать, то на порядки меньшим дивайсам в мозгу на сегодняший момент ничего не светит. Разве что запись, да и та задача крайне нетривиальна.

ЗЫ Для интереса: основоположник всего и вся :-) и его лаборатория

ЗЗЫ Есть интересная инфа об ЭЭГ мозго-машинном интерфейсе, выложу на следующей неделе. По идее в клиническом использовании система появится года через три. Помнится ник сомевался что с ЭЭГ можно получить что-нибудь путное в данном аспекте ;-)
Прикреплённые файлы:
lev.jpg (скачать) [16,17 кбайт, 12 загрузок] [attach=51854]
 
lab.jpg (скачать) [18,79 кбайт, 13 загрузок] [attach=51855]
 
 
 
Для начала вот такое видео: Monkey With Robot Arm - YouTube

Обезьяна контролирует механическую руку с помощью импланитрованных в мозг электродов. Передрано с Дисковери, я видел видо получше с испытаний но найти не смог. Позиция механической руки в 3Д контролируется мозгом, захват - простая механика. В любом случае, впечатляет.

 
Теперь про ЭЭГ ММИ(мозго-машинный интерфейс)

Рекомендую посмотреть: робот смешной, чуточку тормозной :-) , показывают его систему "наведения" EEG robot - YouTube

"Человекоподобный" агрегат контролируется ЭЭГ. Принцип работы - на экране перед пациентом поочередно выделяется несколько объектов. При выделении объекта/действия которые пациент хочет меняется общая мозговая активность, на основе чего робот и совершает свои действия. Плюсы - простота алгоритмов, можно использовать систему даже при повреждениях моторной коры, ибо замеряет она всего лишь интерес к определенному предмету/действию на мониторе, остальное система сделает сама. Минусы - нужно заранее программировать все функции, от выноса мусора до подачи газеты. Из этого сделет что много подобных функций быть не может, ибо пациент замучится их выбирать.
 
Это сообщение редактировалось 05.04.2007 в 22:00
Ну и немного об ещё одном виде ЭЭГ ММИ. Опишу конкретную опытную систему, благо делают у нас и только что лабораторная была по ней.

На подопытного надеваются 16 электродов ЭЭГ, в три ряда над моторосенсорным отделом коры головного мозга. На выходе - 22 сигнала, 16 электродов с общей common average reference, и шесть лапласовых. Система мониторит мощность разных частот (в промежутке ~2-200Hz). На настоящий момент она делит частоты на пять разных полос, так что всего есть 110 каналов.

Команда мозгом на движение дисинхронизирует активность мозга и уменьшает мощность сигнала в некоторых каналах. Цель эксперимента - попасть одним кружоком в другой на экране компьютера (мы делали всего лишь в 2Д, клиничкси будет 3Д + функции). Компьютер наблюдает за изменениями мощностей в частотных каналах.

Курсор движется согласно delta(x) = sigma(i)[Cx*input(i)], где i=110, ну и для delta(y) и delta (z) формула та же, просто коеффиценты другие. input равен [power(t)-mean(power)]/std(power). После окончания каждого "раунда" программа коррелирует позицию курсора с позицией цели и меняет определенные коэффиценты согласно Cxi(t+1) = p*Cxi(t)+(1-p)*delta(Cxi(t)). Как видно если коэффиценты правильные, р равно почти единице и ничего не меняется. Если же точность "поплыла", р падает и программа уточняет C.

Плюс такой системы - в адаптивности. Не нужно каждый раз с точностью до микрометра ставить ЭЭГ электроды, есть место для ошибки. Да и вообще, даже если электроды не снимать сигнал все равно "плывет", ибо Z там довольно велика (в районе килоомов), а сигнал - мизерный.

В клиническом использовании группа хочет использовать подкожные электроды, что гораздно проще прямой имплантации электродов в мозг. Сейчас тестируют на шести пациентах в госпитале неподалеку, хотят вывести систему на рынок в течении следующих трех лет.

Ну и размышлизмы: так как данная система не требует операции вообще, я думаю что именно она появится на рынке в качестве первых работающих немедицинских коммерческих ММИ. Та система которую привел ник - мало того что там "сухие контакты" (что уже делает её почти бесполезной, там импеданс наверное в районе сотни килоом), так и алгоритмы весьма и весьма плохие насколько я знаю. Просто футуристическая игрушка "для приколу" богатеньким детишкам.

Но вообще процесс уже пошел, да.

Картинки:
1) Расположение электродов
2) График полученный вашим покорным слугой :-) Почему-то не нашел цветную версию. Квадратные столбики - позиция цели, тонкая кривая - позиция курсора, Жирная черная линия - уменьшение цели (каждый раз при успешном наведенни курсора на цель та уменьшается). Как видно с контролем у меня получилось не очень, но при правильной тренировке можно достигнуть весьма неплохой точности
Прикреплённые файлы:
EEG_lead_placement.jpg (скачать) [5,94 кбайт, 22 загрузки] [attach=52400]
 
plot.jpg (скачать) [10,07 кбайт, 23 загрузки] [attach=52401]
 
 
 
Это сообщение редактировалось 05.04.2007 в 22:04

Tico

модератор
★★
Ссылка в тему - протезы Дина Камена. Подопытный мужик впервые сам смог донести ложку до рта, за 13 лет. Читать даже не надо, смотреть видео:


Dean Kamen’s Robot Arm Grabs More Publicity

Dean Kamen showed some video of the impressive, mind-controlled prosthetic robot arm he's invented today at D6 in Carlsbad. Kamen has been s...

// blog.wired.com
 

- Барабашка - это научный факт. (с) аФон+  
+
-
edit
 

Wyvern-2

координатор
★★★☆
russo> ЗЗЫ Есть интересная инфа об ЭЭГ мозго-машинном интерфейсе, выложу на следующей неделе. По идее в клиническом использовании система появится года через три. Помнится ник сомевался что с ЭЭГ можно получить что-нибудь путное в данном аспекте ;-)

И сомневаюсь до сих пор :F ВСЕ эти девайся вовсе не читают ЭЭГ - это системы с обратной биологической связью А то, что человек в состоянии волевым усилием менять частоты и картину ЭЭГ - известно уже почти 50 лет ;)
Т.е. для того, что бы подвинуть курсор "мыслью" вниз я буду представлять себе женскую попу, а кто то - падающий лифт. Картинки ЭЭГ будут принципиально разные - но результат - одинаков.

Ник
Жизнь коротка, путь искусства долог, удобный случай мимолетен, опыт обманчив.... Ἱπποκράτης  
+
-
edit
 

кщееш

аксакал
★★★
hcube> Кстати, к вопросу о полной замене мозга компом - я кажется там насчитал потребную производительность на уровне 100 миллиардов операций в секунду и скорость памяти на уровне 10000 гигабайт в секунду.
hcube> Так вот - интель анонсировал работоспособность прототипа своего 80-ядерника, у которого эти параметры - 1000 миллиардов и 1000 миллиардов соответственно. Т.е. 10 таких процесссоров с соответствующим обьемом памяти - эквивалентны по вычислительной мощности мозгу. 10 процессоров - это уже не стол и не шкаф - это обычный настольный комп. Так что лет через 5 можно начинать строить мозговой сканер ;-).

как дела со сканером?))
 43.0.2357.12443.0.2357.124
+
-
edit
 

hcube

старожил
★☆
кщееш> как дела со сканером?))

Увы, потребный для исследований миллиард баксов напрочь отсутствует :-)
Убей в себе зомби!  11.011.0
+
-
edit
 

кщееш

аксакал
★★★
кщееш>> как дела со сканером?))
hcube> Увы, потребный для исследований миллиард баксов напрочь отсутствует :-)

Эх
 

Последние действия над темой
1 2 3 4 5

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru