A wireless and artefact-free 128-channel neuromodulation device for closed-loop stimulation and recording in non-human primates

神经调节 刺激 生物信号 脑-机接口 局部场电位 计算机科学 神经科学 脑刺激 神经工程 无线 闭环 神经生理学 神经假体 人工智能 工程类 心理学 控制工程 脑电图 电信
作者
Andy Zhou,Samantha R. Santacruz,Benjamin C. Johnson,George Alexandrov,Ali Moin,Fred Burghardt,Jan M. Rabaey,Jose M. Carmena,Rikky Muller
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Springer Nature]
卷期号:3 (1): 15-26 被引量:192
标识
DOI:10.1038/s41551-018-0323-x
摘要

Closed-loop neuromodulation systems aim to treat a variety of neurological conditions by delivering and adjusting therapeutic electrical stimulation in response to a patient’s neural state, recorded in real time. Existing systems are limited by low channel counts, lack of algorithmic flexibility, and the distortion of recorded signals by large and persistent stimulation artefacts. Here, we describe an artefact-free wireless neuromodulation device that enables research applications requiring high-throughput data streaming, low-latency biosignal processing, and simultaneous sensing and stimulation. The device is a miniaturized neural interface capable of closed-loop recording and stimulation on 128 channels, with on-board processing to fully cancel stimulation artefacts. In addition, it can detect neural biomarkers and automatically adjust stimulation parameters in closed-loop mode. In a behaving non-human primate, the device enabled long-term recordings of local field potentials and the real-time cancellation of stimulation artefacts, as well as closed-loop stimulation to disrupt movement preparatory activity during a delayed-reach task. The neuromodulation device may help advance neuroscientific discovery and preclinical investigations of stimulation-based therapeutic interventions. A closed-loop and wireless 128-channel neuromodulation device enables electrical stimulation as well as artefact-free long-term recording of local field potentials in the brain of an untethered non-human primate.
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