न्यूरल डस्ट

न्यूरल डस्ट वायरलेस पावर ट्रांसफर तंत्रिका सेंसर के रूप में संचालित नैनोमीटर आकार के उपकरणों का काल्पनिक वर्ग है; यह एक प्रकार का मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस (ब्रेन कंप्यूटर इंटरफेस) है। सेंसर का उपयोग नसों और मांसपेशियों के अध्ययन, निगरानी या नियंत्रण के लिए और दूर से तंत्रिका 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 सेंसर को भी इस अवधारणा द्वारा परिभाषित किया जा सकता है।

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। जबकि बीसीआई का इतिहास 1924 में हंस बर्जर द्वारा विद्युतमस्तिष्कलेखन के आविष्कार के साथ शुरू 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।

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 इस्तेमाल किया जाता है, मुख्य अंतर यह है कि जहां बीसीआई आमतौर पर तंत्रिका गतिविधि को सीधे कंप्यूटर से जोड़ता है, वहीं न्यूरोप्रोस्थेटिक्स केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में गतिविधि को लुप्त या क्षीण शरीर के अंग के कार्य को बदलने के लिए उपकरण से जोड़ते हैं।.

घटक
न्यूरल डस्ट प्रणाली के प्रमुख घटकों में सेंसर नोड्स (न्यूरल डस्ट) शामिल 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 सेंसर सेंसर की एक जोड़ी होती है। <रेफरी नाम = एसईओ 2016 529-539>{{Cite journal|last=Seo|first=Dongjin|last2=Neely|first2=Ryan M.|last3=Shen|first3=Konlin|last4=Singhal|first4=Utkarsh|last5=Alon|first5=Elad|last6=Rabaey|first6=Jan M.|last7=Carmena|first7=Jose M.|last8=Maharbiz|first8=Michel M.|title=अल्ट्रासोनिक न्यूरल डस्ट के साथ परिधीय तंत्रिका तंत्र में वायरलेस रिकॉर्डिंग|journal=Neuron|volume=91|issue=3|pages=529–539|doi=10.1016/j.neuron.2016.06.034|pmid=27497221|year=2016|doi-access=free} 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 मौजूद 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 तंत्रिका सेंसर 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 सेंसर 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।

बैकस्कैटर कम्युनिकेशन
न्यूरल डस्ट मॉट्स के बेहद छोटे आकार के कारण, सेंसर में ही एक कार्यात्मक ट्रांसमीटर बनाना अव्यावहारिक और लगभग असंभव होगा। इस प्रकार रेडियो फ्रिक्वेंसी पहचान (RFID) तकनीकों से अपनाई गई बैकस्कैटर कार्यरत है। आरएफआईडी निष्क्रिय में, बैटरी रहित टैग आरएफ पूछताछकर्ता के करीब होने पर रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) ऊर्जा को अवशोषित और प्रतिबिंबित करने में सक्षम होते हैं, जो एक 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 एक अल्ट्रासाउंड पल्स भेजने के द्वारा नियोजित करता है जो तब न्यूरल डस्ट सेंसर द्वारा परिलक्षित होता है। पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल कोशिकी में अपने स्थान से संभावित कार्रवाई का पता लगाता है, और पूछताछ करने वाले को वापस परावर्तित होने वाली अल्ट्रासाउंड ऊर्जा को इस तरह से संशोधित किया जाएगा जो रिकॉर्ड की गई गतिविधि को संप्रेषित करेगी। न्यूरल डस्ट संवेदक के एक प्रस्तावित मॉडल में, ट्रांजिस्टर मॉडल ने स्थानीय क्षेत्र क्षमता और क्रिया क्षमता स्पाइक्स के बीच अलग करने की एक विधि के लिए अनुमति दी, जो रिकॉर्डिंग से प्राप्त डेटा की एक बहुत ही विविध संपत्ति की अनुमति देगा।

तंत्रिका प्रोस्थेटिक्स
तंत्रिका कृत्रिम अंगों के कुछ उदाहरणों में कर्णावत प्रत्यारोपण शामिल हैं जो सुनवाई को बहाल करने में सहायता कर सकते हैं, कृत्रिम सिलिकॉन रेटिना माइक्रोचिप्स जो रेटिनाइटिस पिगमेंटोसा से रेटिनल अध: पतन के इलाज में प्रभावी साबित हुए हैं, 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। मोटर कृत्रिम अंग के संयोजन में न्यूरल डस्ट का उपयोग आंदोलन के बहुत बेहतर नियंत्रण की अनुमति दे सकता है।

इलेक्ट्रोस्टिम्यूलेशन
जबकि नसों और मानव मस्तिष्क की विद्युत उत्तेजना के 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 neurostimulation के पारंपरिक तरीके और तंत्रिका उत्तेजना के 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। हालांकि ये जोखिम न्यूरल डस्ट के उपयोग में एक कारक नहीं हैं, सेंसर नोड के लिए पर्याप्त विद्युत प्रवाह लागू करने की चुनौती अभी भी मौजूद है।

स्लीप एपनिया
न्यूरोमॉड्यूलेशन (दवा) उपकरणों ने पहले ही बाधक निंद्रा अश्वसन (OSA) के इलाज में कुछ प्रभाव दिखाया है। गंभीर ओएसए वाले मरीजों पर शल्य चिकित्सा द्वारा प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोस्टिम्यूलेशन डिवाइस का उपयोग करने वाले शोधकर्ताओं ने डिवाइस के उपचार के 12 महीने की अवधि में महत्वपूर्ण सुधार पाया। केंद्रीय स्लीप एपनिया को कम करने में फ्रेनिक तंत्रिका की उत्तेजना को भी प्रभावी दिखाया गया है।

लकवाग्रस्त रोगियों में मूत्राशय पर नियंत्रण
विद्युत उत्तेजना उपकरण रीढ़ की हड्डी की चोट के रोगियों को रीढ़ की त्रिक पूर्वकाल जड़ उत्तेजक क्षेत्र को उत्तेजित करने के लिए रेडियो-लिंक्ड प्रत्यारोपण का उपयोग करके पेशाब करने और शौच करने की क्षमता में सुधार करने की अनुमति देने में प्रभावी रहे हैं।

मिर्गी
मिर्गी के रोगियों में विद्युत उत्तेजना चिकित्सा कुछ समय के लिए एक अच्छी तरह से स्थापित प्रक्रिया रही है, जिसे 1950 के दशक की शुरुआत में खोजा गया था। अमेरिकन एपिलेप्सी सोसाइटी का एक सर्वोपरि उद्देश्य स्वचालित मस्तिष्क विद्युत उत्तेजना (जिसे आकस्मिक, या बंद लूप उत्तेजना के रूप में भी जाना जाता है) का निरंतर विकास है, जो मस्तिष्क के पैटर्न के आधार पर जब्ती-विराम विद्युत उत्तेजना प्रदान करता है जो संकेत देता है कि जब्ती होने वाली है। यह उत्तेजना की तुलना में विकार का एक बेहतर उपचार प्रदान करता है जो इस अनुमान पर आधारित होता है कि जब्ती कब हो सकती है। जबकि वागस तंत्रिका उत्तेजना अक्सर मिरगी के दौरे के उपचार के लिए एक लक्षित क्षेत्र है, समुद्री घोड़ा,  चेतक  और  सबथैलेमिक नाभिक  में उत्तेजना की प्रभावकारिता पर शोध किया गया है। पार्किंसंस रोग के उपचार की तकनीक के रूप में बंद-लूप कॉर्टिकल न्यूरोमॉड्यूलेशन की भी जांच की गई है