तंत्रिका अभियांत्रिकी

न्यूरल इंजीनियरिंग (न्यूरोइंजीनियरिंग के रूप में भी जाना जाता है) जैवचिकित्सा अभियांत्रिकी  के भीतर एक अनुशासन है जो तंत्रिका तंत्र को समझने, मरम्मत करने, बदलने या बढ़ाने के लिए इंजीनियरिंग तकनीकों का उपयोग करता है। तंत्रिका इंजीनियर जीवित तंत्रिका ऊतक और निर्जीव संरचनाओं के इंटरफेस पर डिजाइन समस्याओं को हल करने के लिए विशिष्ट रूप से योग्य हैं (हेटलिंग, 2008).

सिंहावलोकन
तंत्रिका इंजीनियरिंग का क्षेत्र कम्प्यूटेशनल तंत्रिका विज्ञान, प्रायोगिक तंत्रिका विज्ञान, तंत्रिका विज्ञान, विद्युत अभियन्त्रण  और जीवित तंत्रिका ऊतक के  संकेत आगे बढ़ाना  के क्षेत्र पर आधारित है, और इसमें रोबोटिक्स, साइबरनेटिक्स, कंप्यूटर इंजीनियरिंग, तंत्रिका ऊतक इंजीनियरिंग, सामग्री विज्ञान और नैनो टेक्नोलॉजी के तत्व शामिल हैं।

क्षेत्र में प्रमुख लक्ष्यों में तंत्रिका तंत्र और सूचना उपकरण के बीच सीधे संपर्क के माध्यम से मानव कार्य की बहाली और मानव वृद्धि शामिल है।

अधिकांश वर्तमान शोध संवेदी प्रणाली और मोटर प्रांतस्था  सिस्टम में जानकारी की कोडिंग और प्रसंस्करण को समझने पर केंद्रित है, यह निर्धारित करना कि यह प्रसंस्करण  रोग  स्थिति में कैसे बदला जाता है, और इसे मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस सहित कृत्रिम उपकरणों के साथ बातचीत के माध्यम से कैसे हेरफेर किया जा सकता है। न्यूरोप्रोस्थेटिक्स

अन्य शोध प्रयोग द्वारा जांच पर अधिक ध्यान केंद्रित करते हैं, जिसमें बाहरी तकनीक से जुड़े तंत्रिका प्रत्यारोपण का उपयोग भी शामिल है।

न्यूरो जल-गत्यात्मकता तंत्रिका इंजीनियरिंग का एक प्रभाग है जो तंत्रिका तंत्र के हाइड्रोडायनामिक्स पर केंद्रित है।

इतिहास
चूंकि न्यूरल इंजीनियरिंग एक अपेक्षाकृत नया क्षेत्र है, इसलिए इससे संबंधित जानकारी और अनुसंधान तुलनात्मक रूप से सीमित है, हालांकि यह तेजी से बदल रहा है। तंत्रिका इंजीनियरिंग के लिए विशेष रूप से समर्पित पहली पत्रिकाएँ, द जर्नल ऑफ़ न्यूरल इंजीनियरिंग और द जर्नल ऑफ़ न्यूरोइंजीनियरिंग एंड रिहैबिलिटेशन दोनों 2004 में सामने आईं। आईईईई द्वारा 2003 से 29 अप्रैल से 2 मई 2009 तक अंताल्या में तंत्रिका इंजीनियरिंग पर अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन आयोजित किए गए हैं। तंत्रिका इंजीनियरिंग पर तुर्की चौथा सम्मेलन, अप्रैल/मई 2011 में कैनकन, मेक्सिको में न्यूरल इंजीनियरिंग पर 5वां अंतर्राष्ट्रीय आईईईई ईएमबीएस सम्मेलन और नवंबर 2013 में सैन डिएगो, कैलिफोर्निया में 6वां सम्मेलन। 7वां सम्मेलन अप्रैल 2015 में मॉंटपेलीयर  में आयोजित किया गया था। 8वां सम्मेलन मई 2017 में शंघाई में आयोजित किया गया था।

बुनियादी बातें
न्यूरोइंजीनियरिंग के पीछे के बुनियादी सिद्धांतों में ऐसे उपकरणों के विकास में सहायता के लिए मात्रात्मक मॉडल के साथ न्यूरॉन्स, तंत्रिका नेटवर्क और तंत्रिका तंत्र कार्यों का संबंध शामिल है जो संकेतों की व्याख्या और नियंत्रण कर सकते हैं और उद्देश्यपूर्ण प्रतिक्रियाएं उत्पन्न कर सकते हैं।

तंत्रिका विज्ञान
शरीर विचारों, इंद्रियों, गतिविधियों और अस्तित्व को प्रभावित करने के लिए जिन संदेशों का उपयोग करता है, वे मस्तिष्क के ऊतकों और शरीर के बाकी हिस्सों में प्रसारित तंत्रिका आवेगों द्वारा निर्देशित होते हैं। न्यूरॉन्स तंत्रिका तंत्र की बुनियादी कार्यात्मक इकाई हैं और अत्यधिक विशिष्ट कोशिकाएं हैं जो इन संकेतों को भेजने में सक्षम हैं जो जीवित रहने और जीवन की गुणवत्ता के लिए आवश्यक उच्च और निम्न स्तर के कार्यों को संचालित करती हैं। न्यूरॉन्स में विशेष विद्युत-रासायनिक गुण होते हैं जो उन्हें जानकारी को संसाधित करने और फिर उस जानकारी को अन्य कोशिकाओं तक प्रसारित करने की अनुमति देते हैं। तंत्रिका संबंधी गतिविधि तंत्रिका झिल्ली की क्षमता और उसके साथ-साथ होने वाले परिवर्तनों पर निर्भर होती है। एक स्थिर वोल्टेज, जिसे झिल्ली क्षमता के रूप में जाना जाता है, आमतौर पर न्यूरोनल झिल्ली में विशिष्ट आयनों की कुछ सांद्रता द्वारा बनाए रखा जाता है। इस वोल्टेज में व्यवधान या भिन्नताएं झिल्ली में असंतुलन या ध्रुवीकरण पैदा करती हैं। अपनी सीमा क्षमता से परे झिल्ली का विध्रुवण एक क्रिया क्षमता उत्पन्न करता है, जो सिग्नल ट्रांसमिशन का मुख्य स्रोत है, जिसे तंत्रिका तंत्र के तंत्रिकासंचरण  के रूप में जाना जाता है। एक संभावित कार्रवाई के परिणामस्वरूप आयन प्रवाह का एक झरना नीचे और एक एक्सोनल झिल्ली के पार होता है, जिससे एक प्रभावी वोल्टेज स्पाइक ट्रेन या विद्युत संकेत बनता है जो अन्य कोशिकाओं में आगे विद्युत परिवर्तन संचारित कर सकता है। सिग्नल विद्युत, रासायनिक, चुंबकीय, ऑप्टिकल और उत्तेजनाओं के अन्य रूपों द्वारा उत्पन्न किए जा सकते हैं जो आवेशों के प्रवाह को प्रभावित करते हैं, और इस प्रकार तंत्रिका झिल्ली में वोल्टेज स्तर को प्रभावित करते हैं (He 2005)।

इंजीनियरिंग
इंजीनियर मात्रात्मक उपकरणों का उपयोग करते हैं जिनका उपयोग जटिल तंत्रिका प्रणालियों को समझने और उनके साथ बातचीत करने के लिए किया जा सकता है। तंत्रिका ऊतक में बाह्यकोशिकीय क्षेत्र क्षमता और सिनैप्टिक ट्रांसमिशन के लिए जिम्मेदार रासायनिक, विद्युत, चुंबकीय और ऑप्टिकल संकेतों का अध्ययन और उत्पादन करने के तरीके शोधकर्ताओं को तंत्रिका तंत्र गतिविधि के मॉड्यूलेशन में सहायता करते हैं (बब्ब एट अल। 2008)। तंत्रिका तंत्र गतिविधि के गुणों को समझने के लिए, इंजीनियर सिग्नल प्रोसेसिंग तकनीकों और कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग (एलियास्मिथ और एंडरसन 2003) का उपयोग करते हैं। इन संकेतों को संसाधित करने के लिए, तंत्रिका इंजीनियरों को तंत्रिका झिल्ली में वोल्टेज को संबंधित कोड में अनुवाद करना होगा, एक प्रक्रिया जिसे तंत्रिका कोडिंग के रूप में जाना जाता है। तंत्रिका कोडिंग इस बात पर अध्ययन करती है कि कैसे मस्तिष्क गति और संवेदी घटनाओं को समझने के लिए केंद्रीय पैटर्न जनरेटर (सीपीजी), मूवमेंट वैक्टर, सेरेबेलर आंतरिक मॉडल और सोमाटोटोपिक मानचित्रों के रूप में सरल आदेशों को एनकोड करता है। तंत्रिका विज्ञान के क्षेत्र में इन संकेतों को डिकोड करना वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा न्यूरॉन्स उन वोल्टेज को समझते हैं जो उन्हें प्रेषित किए गए हैं। परिवर्तनों में वे तंत्र शामिल होते हैं जो एक निश्चित रूप के संकेतों की व्याख्या करते हैं और फिर दूसरे रूप में अनुवादित होते हैं। इंजीनियर इन परिवर्तनों को गणितीय रूप से मॉडल करना चाहते हैं (एलियास्मिथ और एंडरसन 2003)। इन वोल्टेज संकेतों को रिकॉर्ड करने के लिए विभिन्न तरीकों का उपयोग किया जा रहा है। ये अंतःकोशिकीय या बाह्यकोशिकीय हो सकते हैं। बाह्यकोशिकीय विधियों में एकल-इकाई रिकॉर्डिंग, बाह्यकोशिकीय क्षेत्र क्षमताएं और एम्परोमेट्री शामिल हैं; हाल ही मेंमल्टीइलेक्ट्रोड सरणी सरणियों का उपयोग संकेतों को रिकॉर्ड करने और उनकी नकल करने के लिए किया गया है।

न्यूरोमैकेनिक्स
न्यूरोमैकेनिक्स न्यूरोबायोलॉजी, बायोमैकेनिक्स, संवेदना और धारणा और रोबोटिक्स (एडवर्ड्स 2010) का युग्मन है। शोधकर्ता तंत्रिका ऊतकों के यांत्रिक गुणों और ऊतकों की बल और गति को झेलने और उत्पन्न करने की क्षमता के साथ-साथ दर्दनाक लोडिंग (लाप्लाका और प्राडो 2010) के प्रति उनकी संवेदनशीलता पर उनके प्रभावों का अध्ययन करने के लिए उन्नत तकनीकों और मॉडलों का उपयोग कर रहे हैं। अनुसंधान का यह क्षेत्र इन प्रणालियों के संचालन और संगठन से संबंधित कार्यों और नियामक नियमों को विकसित करने के लिए न्यूरोमस्कुलर और कंकाल प्रणालियों के बीच जानकारी के परिवर्तनों का अनुवाद करने पर केंद्रित है (निशिकावा एट अल। 2007)। तंत्रिका सर्किट के कम्प्यूटेशनल मॉडल को आभासी भौतिक दुनिया में स्थित जानवरों के शरीर के मॉडल से जोड़कर न्यूरोमैकेनिक्स का अनुकरण किया जा सकता है (एडवर्ड्स 2010)। गतिकी और गतिकी, गति प्रक्रियाओं के दौरान मोटर और संवेदी प्रतिक्रिया की प्रक्रिया और पैटर्न, और मोटर नियंत्रण के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क के सर्किट और सिनैप्टिक संगठन सहित बायोमैकेनिक्स के प्रायोगिक विश्लेषण पर वर्तमान में जानवरों की गति की जटिलता को समझने के लिए शोध किया जा रहा है।. जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में डॉ. मिशेल लाप्लाका की प्रयोगशाला सेल कल्चर के यांत्रिक खिंचाव, प्लेनर सेल कल्चर के कतरनी विरूपण और मैट्रिसेस युक्त 3डी सेल के कतरनी विरूपण के अध्ययन में शामिल है। इन प्रक्रियाओं को समझने के बाद विशेष रूप से परिभाषित मापदंडों के साथ बंद लूप स्थितियों के तहत इन प्रणालियों को चिह्नित करने में सक्षम कामकाजी मॉडल का विकास किया जाता है। न्यूरोमैकेनिक्स के अध्ययन का उद्देश्य शारीरिक स्वास्थ्य समस्याओं के उपचार में सुधार करना है जिसमें कृत्रिम अंग डिजाइन का अनुकूलन, चोट के बाद आंदोलन की बहाली, और मोबाइल रोबोट का डिजाइन और नियंत्रण शामिल है। 3डी हाइड्रोजेल में संरचनाओं का अध्ययन करके, शोधकर्ता तंत्रिका कोशिका यांत्रिक गुणों के नए मॉडल की पहचान कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, लाप्लाका एट अल। एक नया मॉडल विकसित किया है जो दर्शाता है कि तनाव कोशिका संवर्धन में भूमिका निभा सकता है (लाप्लाका एट अल. 2005)।

न्यूरोमोड्यूलेशन
न्यूरोमोड्यूलेशन (चिकित्सा)चिकित्सा) का उद्देश्य चिकित्सा उपकरण प्रौद्योगिकियों को नियोजित करके बीमारी या चोट का इलाज करना है जो बिगड़ा हुआ क्षेत्रों में संतुलन को फिर से स्थापित करने के लिए फार्मास्युटिकल एजेंटों, विद्युत संकेतों या ऊर्जा उत्तेजना के अन्य रूपों के वितरण के साथ तंत्रिका तंत्र की गतिविधि को बढ़ाएगा या दबा देगा। मस्तिष्क। इस क्षेत्र में शोधकर्ताओं को तंत्रिका संकेतों को समझने में हुई प्रगति को प्रौद्योगिकियों में प्रगति से जोड़ने की चुनौती का सामना करना पड़ता है, जो मस्तिष्क में बंद लूप योजनाओं में बढ़ी हुई संवेदनशीलता, जैव-अनुकूलता और व्यवहार्यता के साथ इन संकेतों को वितरित और विश्लेषण करते हैं, ताकि इलाज के लिए नए उपचार और नैदानिक ​​​​अनुप्रयोग बनाए जा सकें। विभिन्न प्रकार की तंत्रिका क्षति वाले लोग। न्यूरोमोड्यूलेटर उपकरण पार्किंसंस रोग, डिस्टोनिया, कंपकंपी, टॉरेट, क्रोनिक दर्द, ओसीडी, गंभीर अवसाद और अंततः मिर्गी से संबंधित तंत्रिका तंत्र की शिथिलता को ठीक कर सकते हैं। विभिन्न दोषों के उपचार के रूप में न्यूरोमॉड्यूलेशन आकर्षक है क्योंकि यह केवल मस्तिष्क के अत्यधिक विशिष्ट क्षेत्रों के उपचार पर ध्यान केंद्रित करता है, जो प्रणालीगत उपचारों के विपरीत है जो शरीर पर दुष्प्रभाव डाल सकते हैं। न्यूरोमोड्यूलेटर उत्तेजक जैसे कि माइक्रोइलेक्ट्रोड एरे मस्तिष्क के कार्य को उत्तेजित और रिकॉर्ड कर सकते हैं और आगे के सुधारों के साथ दवाओं और अन्य उत्तेजनाओं के लिए समायोज्य और उत्तरदायी वितरण उपकरण बनने के लिए हैं।

तंत्रिका पुनर्विकास और मरम्मत
तंत्रिका इंजीनियरिंग और पुनर्वास परिधीय और केंद्रीय तंत्रिका तंत्र कार्यों की जांच करने और मस्तिष्क क्षति या खराबी से उत्पन्न समस्याओं के नैदानिक ​​समाधान खोजने के लिए तंत्रिका विज्ञान और इंजीनियरिंग को लागू करता है। तंत्रिका पुनर्जनन पर लागू इंजीनियरिंग इंजीनियरिंग उपकरणों और सामग्रियों पर केंद्रित है जो विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए न्यूरॉन्स के विकास की सुविधा प्रदान करती है जैसे कि परिधीय तंत्रिका चोट का पुनर्जनन, रीढ़ की हड्डी की चोट के लिए रीढ़ की हड्डी के ऊतकों का पुनर्जनन और रेटिना ऊतक का पुनर्जनन। जेनेटिक इंजीनियरिंग और ऊतक अभियांत्रिकी ऐसे क्षेत्र हैं जो रीढ़ की हड्डी को फिर से विकसित करने के लिए मचान विकसित करते हैं और इस प्रकार न्यूरोलॉजिकल समस्याओं में मदद करते हैं (श्मिट और लीच 2003)।

अनुसंधान और अनुप्रयोग
तंत्रिका इंजीनियरिंग पर केंद्रित अनुसंधान यह अध्ययन करने के लिए उपकरणों का उपयोग करता है कि तंत्रिका तंत्र कैसे कार्य करता है और उसकी खराबी कैसे होती है (श्मिट और लीच 2003)।

तंत्रिका इमेजिंग
न्यूरोइमेजिंग तकनीकों का उपयोग तंत्रिका नेटवर्क की गतिविधि, साथ ही मस्तिष्क की संरचना और कार्य की जांच के लिए किया जाता है। न्यूरोइमेजिंग तकनीकों में कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एफएमआरआई), चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई), पोजीट्रान एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी) और गणना की गई अक्षीय टोमोग्राफी  (सीएटी) स्कैन शामिल हैं। कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग अध्ययन इस बात में रुचि रखते हैं कि मस्तिष्क के कौन से क्षेत्र विशिष्ट कार्य करते हैं। एफएमआरआई हेमोडायनामिक गतिविधि को मापता है जो तंत्रिका गतिविधि से निकटता से जुड़ा हुआ है। इसका उपयोग किसी दिए गए कार्य या उत्तेजना के लिए मस्तिष्क के विशिष्ट क्षेत्रों में चयापचय प्रतिक्रियाओं को मैप करने के लिए किया जाता है। पीईटी, सीटी स्कैनर और इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफी (ईईजी) में वर्तमान में सुधार किया जा रहा है और समान उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जा रहा है।

तंत्रिका नेटवर्क
तंत्रिका तंत्र को यथासंभव यथार्थवादी तरीके से मॉडलिंग करने की आशा के साथ तंत्रिका नेटवर्क बनाने के लिए वैज्ञानिक न्यूरोनल प्रणालियों के प्रयोगात्मक अवलोकनों और इन प्रणालियों के सैद्धांतिक और कम्प्यूटेशनल मॉडल का उपयोग कर सकते हैं। तंत्रिका नेटवर्क का उपयोग आगे के न्यूरोटेक्नोलॉजिकल उपकरणों को डिजाइन करने में मदद के लिए विश्लेषण के लिए किया जा सकता है। विशेष रूप से, शोधकर्ता आंदोलनों के तंत्रिका तंत्र नियंत्रण को निर्धारित करने के लिए विश्लेषणात्मक या परिमित तत्व मॉडलिंग को संभालते हैं और मस्तिष्क की चोटों या विकारों वाले रोगियों की सहायता के लिए इन तकनीकों को लागू करते हैं। कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क सैद्धांतिक और कम्प्यूटेशनल मॉडल से बनाया जा सकता है और सैद्धांतिक रूप से उपकरण समीकरणों या न्यूरोनल सिस्टम के देखे गए व्यवहार के प्रयोगात्मक परिणामों से कंप्यूटर पर लागू किया जा सकता है। मॉडल आयन सांद्रता गतिशीलता, चैनल कैनेटीक्स, सिनैप्टिक ट्रांसमिशन, एकल न्यूरॉन गणना, ऑक्सीजन चयापचय, या गतिशील प्रणाली सिद्धांत के अनुप्रयोग (लाप्लाका एट अल 2005) का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। तरल-आधारित टेम्पलेट असेंबली का उपयोग न्यूरॉन-सीडेड माइक्रोकैरियर मोतियों से 3डी तंत्रिका नेटवर्क को इंजीनियर करने के लिए किया गया था। <रेफ नाम = चेन लुओ गुवेन तासोग्लू पीपी। 5936-5941 >

तंत्रिका इंटरफ़ेस
तंत्रिका इंटरफ़ेस एक प्रमुख तत्व है जिसका उपयोग तंत्रिका प्रणालियों का अध्ययन करने और इंजीनियर उपकरणों के साथ न्यूरोनल फ़ंक्शन को बढ़ाने या बदलने के लिए किया जाता है। इंजीनियरों को ऐसे इलेक्ट्रोड विकसित करने की चुनौती दी गई है जो तंत्रिका तंत्र की गतिविधि के बारे में जानकारी एकत्र करने और उस ऊतक के कार्य या संवेदना को बहाल करने के लिए तंत्रिका ऊतक के निर्दिष्ट क्षेत्रों को उत्तेजित करने के लिए संबंधित इलेक्ट्रॉनिक सर्किट से चुनिंदा रिकॉर्ड कर सकते हैं (कलेन एट अल। 2011)। इन उपकरणों के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों को तंत्रिका ऊतक के यांत्रिक गुणों से मेल खाना चाहिए जिसमें उन्हें रखा गया है और क्षति का आकलन किया जाना चाहिए। तंत्रिका इंटरफेसिंग में बायोमटेरियल मचान या क्रोनिक इलेक्ट्रोड का अस्थायी पुनर्जनन शामिल होता है और इसे शरीर की विदेशी शरीर प्रतिक्रिया का प्रबंधन करना चाहिए। माइक्रोइलेक्ट्रोड ऐरे हालिया प्रगति हैं जिनका उपयोग तंत्रिका नेटवर्क (कलेन एंड फ़िस्टर 2011) का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है। ऑप्टिकल न्यूरल इंटरफेस में ऑप्टिकल रिकॉर्डिंग और ऑप्टोजेनेटिक्स शामिल होते हैं, जो मस्तिष्क की कुछ कोशिकाओं को उनकी गतिविधि को नियंत्रित करने के लिए प्रकाश के प्रति संवेदनशील बनाते हैं। प्रकाश का उपयोग करके लक्षित न्यूरॉन्स को उत्तेजित या शांत करने के लिए फाइबर ऑप्टिक्स को मस्तिष्क में प्रत्यारोपित किया जा सकता है, साथ ही इलेक्ट्रोड का उपयोग करने के बजाय फोटॉन गतिविधि - तंत्रिका गतिविधि का एक प्रॉक्सी (आंकड़ा) रिकॉर्ड किया जा सकता है। दो-फोटॉन उत्तेजना माइक्रोस्कोपी जीवित न्यूरोनल नेटवर्क और न्यूरॉन्स के बीच संचार घटनाओं का अध्ययन कर सकती है।

मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस
ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस तंत्रिका सर्किट की निगरानी और उत्तेजना के साथ-साथ आंतरिक न्यूरोलॉजिकल डिसफंक्शन का निदान और इलाज करने के लिए मानव तंत्रिका तंत्र के साथ सीधे संवाद करना चाहता है। गहन मस्तिष्क उत्तेजना इस क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण प्रगति है जो विशेष रूप से कंपकंपी को दबाने के लिए तंत्रिका ऊतक की उच्च आवृत्ति उत्तेजना के साथ पार्किंसंस रोग जैसे आंदोलन विकारों के इलाज में प्रभावी है (लेगा एट अल 2011)।

माइक्रोसिस्टम्स
तंत्रिका ऊतक को विद्युत, रासायनिक, चुंबकीय और ऑप्टिकल संकेतों की व्याख्या और वितरण करने के लिए तंत्रिका माइक्रोसिस्टम विकसित किया जा सकता है। वे झिल्ली क्षमता में भिन्नता का पता लगा सकते हैं और इलेक्ट्रोड का उपयोग करके, या रासायनिक सांद्रता, प्रतिदीप्ति प्रकाश की तीव्रता, या चुंबकीय क्षेत्र क्षमता का आकलन करके स्पाइक आबादी, आयाम या दर जैसे विद्युत गुणों को माप सकते हैं। इन प्रणालियों का लक्ष्य ऐसे संकेत प्रदान करना है जो न्यूरोनल ऊतक क्षमता को प्रभावित करेंगे और इस प्रकार मस्तिष्क के ऊतकों को वांछित प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए उत्तेजित करेंगे (He 2005)।

माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी
माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणियाँ विशिष्ट उपकरण हैं जिनका उपयोग बाह्य कोशिकीय वातावरण में वोल्टेज में तेज बदलाव का पता लगाने के लिए किया जाता है जो एक अक्षतंतु के नीचे ऐक्शन पोटेंशिअल के प्रसार से होता है। डॉ. मार्क एलन और डॉ. लाप्लाका ने एसयू-8 और एसएलए पॉलिमर जैसे साइटोकंपैटिबल सामग्रियों से माइक्रोफैब्रिकेटेड 3डी इलेक्ट्रोड बनाए हैं, जिससे ऊतक व्यवधान को कम करने के लिए उच्च अनुपालन और लचीलेपन की विशेषताओं के साथ इन विट्रो और इन विवो माइक्रोइलेक्ट्रोड सिस्टम का विकास हुआ है।.

तंत्रिका कृत्रिम अंग
न्यूरोप्रोस्थेटिक्स ऐसे उपकरण हैं जो तंत्रिका तंत्र को उत्तेजित करके और उसकी गतिविधि को रिकॉर्ड करके तंत्रिका तंत्र के लापता कार्यों को पूरक या प्रतिस्थापित करने में सक्षम हैं। इलेक्ट्रोड जो तंत्रिकाओं की सक्रियता को मापते हैं, कृत्रिम उपकरणों के साथ एकीकृत हो सकते हैं और उन्हें प्रेषित सिग्नल द्वारा इच्छित कार्य करने के लिए संकेत दे सकते हैं। संवेदी कृत्रिम अंग जैविक स्रोतों से गायब हो सकने वाले तंत्रिका इनपुट को बदलने के लिए कृत्रिम सेंसर का उपयोग करते हैं (He 2005)। इन उपकरणों पर शोध करने वाले इंजीनियरों पर न्यूरोनल ऊतक के साथ एक दीर्घकालिक, सुरक्षित, कृत्रिम इंटरफ़ेस प्रदान करने का आरोप लगाया गया है। शायद इन संवेदी कृत्रिम अंगों में सबसे सफल कॉकलीयर इम्प्लांट है जिसने बधिरों की सुनने की क्षमता को बहाल कर दिया है। नेत्रहीन व्यक्तियों की दृश्य क्षमताओं को बहाल करने के लिए दृश्य कृत्रिम अंग अभी भी विकास के अधिक प्रारंभिक चरण में है। मोटर प्रोस्थेटिक्स जैविक तंत्रिका मांसपेशी प्रणाली की विद्युत उत्तेजना से जुड़े उपकरण हैं जो मस्तिष्क या रीढ़ की हड्डी के नियंत्रण तंत्र को प्रतिस्थापित कर सकते हैं। स्मार्ट कृत्रिम अंग को किसी कटे हुए व्यक्ति के स्टंप से मांसपेशियों में तंत्रिकाओं को प्रत्यारोपित करके तंत्रिका संकेतों द्वारा नियंत्रित लापता अंगों को बदलने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। संवेदी प्रोस्थेटिक्स परिधि से यांत्रिक उत्तेजनाओं को तंत्रिका तंत्र द्वारा सुलभ एन्कोडेड जानकारी में परिवर्तित करके संवेदी प्रतिक्रिया प्रदान करता है। त्वचा पर लगाए गए इलेक्ट्रोड संकेतों की व्याख्या कर सकते हैं और फिर कृत्रिम अंग को नियंत्रित कर सकते हैं। ये प्रोस्थेटिक्स बहुत सफल रहे हैं। कार्यात्मक विद्युत उत्तेजना (एफईएस) एक प्रणाली है जिसका उद्देश्य खड़े होने, चलने और हाथ पकड़ने जैसी मोटर प्रक्रियाओं को बहाल करना है।

न्यूरोरोबोटिक्स
न्यूरोरोबोटिक्स इस बात का अध्ययन है कि कैसे तंत्रिका तंत्र को मूर्त रूप दिया जा सकता है और यांत्रिक मशीनों में आंदोलनों का अनुकरण किया जा सकता है। न्यूरोरोबोट्स का उपयोग आमतौर पर मोटर नियंत्रण और गति, सीखने और स्मृति चयन, और मूल्य प्रणाली और क्रिया चयन का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। वास्तविक दुनिया के वातावरण में न्यूरोरोबोट्स का अध्ययन करके, उन्हें एम्बेडेड तंत्रिका प्रणालियों और इसके पर्यावरण के प्रति इन प्रणालियों की प्रतिक्रियाओं के संदर्भ में रोबोट फ़ंक्शन के अनुमानों का वर्णन करने के लिए अधिक आसानी से देखा और मूल्यांकन किया जाता है (क्रिचमार 2008)। उदाहरण के लिए, एपिलेक्टिक स्पाइक-वेव डायनेमिक्स के एक कम्प्यूटेशनल मॉडल का उपयोग करते हुए, छद्मस्पेक्ट्रल प्रोटोकॉल के माध्यम से जब्ती कमी को अनुकरण करने के लिए एक विधि की प्रभावशीलता पहले ही साबित हो चुकी है। कम्प्यूटेशनल मॉडल इडियोपैथिक सामान्यीकृत मिर्गी वाले रोगी से चुंबकीय इमेजिंग अनुनाद का उपयोग करके मस्तिष्क कनेक्टिविटी का अनुकरण करता है। यह विधि दौरे को कम करने में सक्षम उत्तेजना उत्पन्न करने में सक्षम थी।

तंत्रिका ऊतक पुनर्जनन
तंत्रिका ऊतक पुनर्जनन, या न्यूरोरेजेनरेशन उन न्यूरॉन्स के कार्य को बहाल करने के लिए किया जाता है जो छोटी चोटों और दर्दनाक मस्तिष्क की चोट जैसी बड़ी चोटों से क्षतिग्रस्त हो गए हैं। क्षतिग्रस्त नसों की कार्यात्मक बहाली में अक्षतंतु को पुनरुत्पादन स्थल तक पहुंचाने के लिए एक सतत मार्ग की पुन: स्थापना शामिल है। जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में डॉ. लाप्लाका जैसे शोधकर्ता टिशू इंजीनियरिंग रणनीतियों को लागू करके दर्दनाक मस्तिष्क की चोट और रीढ़ की हड्डी की चोट के बाद मरम्मत और पुनर्जनन के लिए उपचार खोजने में मदद करना चाहते हैं। डॉ. लाप्लाका एक दर्दनाक अपमान के बाद बनने वाले अनियमित आकार के घावों में न्यूनतम आक्रामक डिलीवरी के लिए एक बाह्य मैट्रिक्स प्रोटीन आधारित मचान के साथ तंत्रिका स्टेम कोशिकाओं के संयोजन के तरीकों पर गौर कर रहे हैं। इन विट्रो में तंत्रिका स्टेम कोशिकाओं का अध्ययन करना और वैकल्पिक सेल स्रोतों की खोज करना, नवीन बायोपॉलिमर की इंजीनियरिंग करना जिनका उपयोग मचान में किया जा सकता है, और दर्दनाक मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी की चोट के मॉडल में सेल या ऊतक इंजीनियर निर्माण प्रत्यारोपण की जांच करना, डॉ. लाप्लाका की प्रयोगशाला का लक्ष्य है चोट के बाद तंत्रिका पुनर्जनन के लिए इष्टतम रणनीतियों की पहचान करना।

नैदानिक ​​​​उपचार के लिए वर्तमान दृष्टिकोण
क्षतिग्रस्त तंत्रिका सिरों के अंत से अंत तक सर्जिकल सिवनी ऑटोलॉगस तंत्रिका ग्राफ्ट के साथ छोटे अंतराल की मरम्मत कर सकती है। बड़ी चोटों के लिए, शरीर में किसी अन्य साइट से निकाले गए ऑटोलॉगस तंत्रिका ग्राफ्ट का उपयोग किया जा सकता है, हालांकि यह प्रक्रिया समय लेने वाली, महंगी है और दो सर्जरी की आवश्यकता होती है (श्मिट और लीच 2003)। सीएनएस के लिए नैदानिक ​​​​उपचार न्यूनतम रूप से उपलब्ध है और ज्यादातर चोट या सूजन की जगह के पास हड्डी के टुकड़ों के कारण होने वाली संपार्श्विक क्षति को कम करने पर केंद्रित है। चोट के आसपास की सूजन कम होने के बाद, रोगियों को पुनर्वास से गुजरना पड़ता है ताकि शेष नसों को घायल नसों में तंत्रिका कार्य की कमी की भरपाई करने के लिए प्रशिक्षित किया जा सके। क्षतिग्रस्त सीएनएस तंत्रिकाओं के तंत्रिका कार्य को बहाल करने के लिए वर्तमान में कोई उपचार मौजूद नहीं है (श्मिट और लीच 2003)।

मरम्मत के लिए इंजीनियरिंग रणनीतियाँ
रीढ़ की हड्डी की चोट की मरम्मत के लिए इंजीनियरिंग रणनीतियाँ तंत्रिका पुनर्जनन के लिए अनुकूल वातावरण बनाने पर केंद्रित हैं। अब तक केवल पीएनएस तंत्रिका क्षति ही चिकित्सकीय रूप से संभव है, लेकिन आनुवंशिक तकनीकों और बायोमटेरियल्स के अनुसंधान में प्रगति एससी तंत्रिकाओं के लिए अनुमेय वातावरण में पुनर्जीवित होने की क्षमता को प्रदर्शित करती है।

ग्राफ्ट
ऑटोलॉगस ऊतक ग्राफ्ट के लाभ यह हैं कि वे प्राकृतिक सामग्रियों से आते हैं जिनमें जैव अनुकूलता की उच्च संभावना होती है, जबकि तंत्रिकाओं को संरचनात्मक समर्थन प्रदान करते हैं जो कोशिका आसंजन और प्रवासन को प्रोत्साहित करते हैं (श्मिट और लीच 2003)। नॉनऑटोलॉगस ऊतक, अकोशिकीय ग्राफ्ट और बाह्यकोशिकीय मैट्रिक्स आधारित सामग्री सभी विकल्प हैं जो तंत्रिका पुनर्जनन के लिए आदर्श मचान भी प्रदान कर सकते हैं। कुछ एलोजेनिक या ज़ेनोजेनिक ऊतकों से आते हैं जिन्हें प्रतिरक्षादमनकारी के साथ जोड़ा जाना चाहिए। जबकि अन्य में छोटी आंत सबम्यूकोसा और एमनियोटिक ऊतक ग्राफ्ट (श्मिट और लीच 2003) शामिल हैं। सिंथेटिक सामग्री आकर्षक विकल्प हैं क्योंकि उनके भौतिक और रासायनिक गुणों को आम तौर पर नियंत्रित किया जा सकता है। सिंथेटिक सामग्री के साथ जो चुनौती बनी हुई है वह है जैव अनुकूलता (श्मिट और लीच 2003)। मिथाइलसेलुलोज-आधारित निर्माणों को इस उद्देश्य की पूर्ति के लिए एक जैव-संगत विकल्प के रूप में दिखाया गया है (टेट एट अल। 2001)। AxoGen मानव तंत्रिका की नकल करने के लिए सेल ग्राफ्ट तकनीक AVANCE का उपयोग करता है। यह दिखाया गया है कि परिधीय तंत्रिका चोटों वाले 87 प्रतिशत रोगियों में सार्थक सुधार हुआ है।

तंत्रिका मार्गदर्शन चैनल
तंत्रिका मार्गदर्शन चैनल, तंत्रिका मार्गदर्शन नाली बड़े दोषों पर ध्यान केंद्रित करने वाली नवीन रणनीतियाँ हैं जो विकास को निर्देशित करने वाले अक्षतंतु को अंकुरित करने और निशान ऊतक से विकास अवरोध को कम करने के लिए एक नाली प्रदान करती हैं। तंत्रिका मार्गदर्शन चैनलों को आसानी से वांछित आयामों के साथ एक नाली में बनाया जाना चाहिए, स्टरलाइज़ करने योग्य, आंसू प्रतिरोधी, और संभालने और सीवन करने में आसान (श्मिट और लीच 2003)। आदर्श रूप से वे तंत्रिका पुनर्जनन के साथ समय के साथ ख़राब हो जाएंगे, लचीले, अर्धपारगम्य होंगे, अपना आकार बनाए रखेंगे, और एक चिकनी आंतरिक दीवार होगी जो वास्तविक तंत्रिका की नकल करेगी (श्मिट और लीच 2003)।

बायोमोलेक्यूलर थेरेपी
तंत्रिका पुनर्जनन को बढ़ावा देने के लिए अत्यधिक नियंत्रित वितरण प्रणालियों की आवश्यकता होती है। न्यूरोट्रॉफिक कारक विकास, अस्तित्व, विकास और शाखाकरण को प्रभावित कर सकते हैं। न्यूरोट्रॉफिन में तंत्रिका वृद्धि कारक (एनजीएफ), मस्तिष्क व्युत्पन्न न्यूरोट्रॉफिक कारक (बीडीएनएफ), Neurotrophin -3 (एनटी-3) और न्यूरोट्रॉफिन-4/5 (एनटी-4/5) शामिल हैं। अन्य कारक सिलिअरी न्यूरोट्रॉफिक कारक (CNTF), ग्लियाल सेल लाइन-व्युत्पन्न वृद्धि कारक (GDNF) और अम्लीय और बुनियादी फाइब्रोब्लास्ट ग्रोथ फैक्टर (aFGF, bFGF) हैं जो तंत्रिका प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला को बढ़ावा देते हैं। (श्मिट और लीच 2003) फ़ाइब्रोनेक्टिन  भी रहा है चूहों में टीबीआई के बाद तंत्रिका पुनर्जनन का समर्थन करने के लिए दिखाया गया है (टेट एट अल. 2002)। अन्य उपचार पुनर्जनन से जुड़े जीन (आरएजी), न्यूरोनल साइटोस्केलेटल घटकों और एंटीएपोप्टोसिस कारकों को अपग्रेड करके तंत्रिकाओं के पुनर्जनन पर ध्यान दे रहे हैं। आरएजी में जीएपी-43 और कैप-23, आसंजन अणु जैसे एल1 परिवार, एनसीएएम और एन cadherin (श्मिट और लीच 2003) शामिल हैं। ग्लियाल स्कारिंग के कारण सीएनएस में निरोधात्मक बायोमोलेक्यूल्स को अवरुद्ध करने की भी संभावना है। वर्तमान में अध्ययन किए जा रहे कुछ में chondroitinase एबीसी और एनजीआर, एडीपी-राइबोस (श्मिट और लीच 2003) को अवरुद्ध करने वाले उपचार शामिल हैं।

वितरण तकनीक
डिलीवरी डिवाइस विवो में बायोकम्पैटिबल और स्थिर होने चाहिए। कुछ उदाहरणों में ऑस्मोटिक पंप, सिलिकॉन जलाशय, पॉलिमर मैट्रिसेस और माइक्रोस्फेयर शामिल हैं। विकास कारकों के दीर्घकालिक उत्पादन प्रदान करने के लिए जीन थेरेपी तकनीकों का भी अध्ययन किया गया है और इसे वायरल या गैर-वायरल वैक्टर जैसे लिपोप्लेक्स के साथ वितरित किया जा सकता है। कोशिकाएं ईसीएम घटकों, न्यूरोट्रॉफिक कारकों और कोशिका आसंजन अणुओं के लिए भी प्रभावी वितरण वाहन हैं। घ्राण एनशीथिंग कोशिकाएं (ओईसी) और स्टेम कोशिकाओं के साथ-साथ आनुवंशिक रूप से संशोधित कोशिकाओं का उपयोग तंत्रिका पुनर्जनन का समर्थन करने के लिए प्रत्यारोपण के रूप में किया गया है (लाप्लाका एट अल. 2005, श्मिट और लीच 2003, टेट एट अल. 2002)।

उन्नत उपचार
उन्नत उपचार जटिल मार्गदर्शन चैनलों और कई उत्तेजनाओं को जोड़ते हैं जो आंतरिक संरचनाओं पर ध्यान केंद्रित करते हैं जो अनुदैर्ध्य रूप से संरेखित फाइबर या चैनलों के आंतरिक मैट्रिक्स वाले तंत्रिका वास्तुकला की नकल करते हैं। इन संरचनाओं के निर्माण में कई तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है: चुंबकीय पॉलिमर फाइबर संरेखण, इंजेक्शन मोल्डिंग, चरण पृथक्करण, ठोस मुक्त-रूप निर्माण, और स्याही जेट पॉलिमर प्रिंटिंग (श्मिट और लीच 2003)।

तंत्रिका वृद्धि
मानव तंत्रिका तंत्र का संवर्द्धन, या इंजीनियरिंग तकनीकों का उपयोग करके मानव संवर्द्धन न्यूरोइंजीनियरिंग का एक और संभावित अनुप्रयोग है। जैसा कि वर्तमान में न्यूरोलॉजिकल विकारों के लिए इस उपचार का उपयोग करने वाले रोगियों द्वारा नोट किया गया है, गहरी मस्तिष्क उत्तेजना को पहले से ही स्मृति स्मरण को बढ़ाने के लिए दिखाया गया है। मस्तिष्क उत्तेजना तकनीकों को व्यक्ति के अनुरोध के अनुसार भावनाओं और व्यक्तित्वों को तराशने के साथ-साथ प्रेरणा बढ़ाने, अवरोधों को कम करने आदि में सक्षम माना जाता है। इस प्रकार के मानव संवर्धन के साथ नैतिक मुद्दे सवालों का एक नया सेट हैं जिनसे तंत्रिका इंजीनियरों को इन अध्ययनों के विकसित होने के साथ जूझना पड़ता है।

यह भी देखें

 * ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफ़ेस
 * मस्तिष्क-पढ़ना
 * साइबरनेटिक्स
 * साइबरवेयर
 * न्यूरोप्रोस्थेटिक्स
 * तंत्रिका सुरक्षा
 * न्यूरोटेक्नोलॉजी
 * प्रोस्थेटिक न्यूरोनल मेमोरी सिलिकॉन चिप्स
 * संवेदी प्रतिस्थापन
 * नकली वास्तविकता

संदर्भ

 * Edwards DH. 2010. Neuromechanical simulation. Front Behav Neurosci 4
 * Eliasmith C, Anderson CH. 2003. Neural engineering : computation, representation, and dynamics in neurobiological systems. Cambridge, Mass.: MIT Press. xii, 356 p. pp.
 * He B. 2005. Neural engineering. New York: Kluwer Academic/Plenum. xv, 488 p. pp.
 * Neural Engineering (Bioelectric Engineering) (2005) ISBN 978-0-306-48609-8
 * Operative Neuromodulation: Volume 1: Functional Neuroprosthetic Surgery. An Introduction (2007) ISBN 978-3-211-33078-4
 * Deep Brain Stimulation for Parkinson's Disease (2007) ISBN 978-0-8493-7019-9
 * Handbook of Stereotactic and Functional Neurosurgery (2003) ISBN 978-0-8247-0720-0
 * Neural Prostheses: Fundamental Studies (1990) ISBN 978-0-13-615444-0
 * IEEE Handbook of Neural Engineering (2007) ISBN 978-0-470-05669-1
 * Foundations on Cellular Neurophysiology (1995) ISBN 978-0-262-10053-3
 * Neural Engineering (Bioelectric Engineering) (2005) ISBN 978-0-306-48609-8
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बाहरी संबंध

 * IEEE Transactions on Biomedical Engineering
 * IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering
 * The Journal of Neural Engineering
 * JNER Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation
 * Journal of Neurophysiology