Alexander Ivanov

Безопасные параметры для стимуляции внешнего нерва с использованием электрических импульсов


Неврология Нейрофизиология Биология

Введение

Недавно я наткнулся на разговоры Дэвида Иглмена о TED о концепции сенсорной замены и дополнения. Будучи самой вдохновляющей вещью, которую я видел в Интернете в течение последних нескольких месяцев, я решил попробовать и объединить ее с некоторыми моими проектами кодирования / электроники.

Я решил использовать электрические импульсы над электродными подушками для подачи сенсорных данных на патч кожи вместо вибромоторов, поскольку он более энергоэффективен. Это говорит о том, что при планировании прогона электрического тока через меня 24/7 безопасность, очевидно, на первом месте.

[редактировать]
Я нацелился на нижнюю часть спины или боковую часть бедер, так как эти части имеют наименьший контакт с окружающей средой и не заставят вас выглядеть глупо. В конечном итоге это, вероятно, придется бегать по сухой коже, чтобы избежать «эффекта морщин», вызванного слишком долгое пребывание в воде.

Вопросов

Основные неизвестные, которые я хочу найти:

  1. Каков диапазон воспринимаемого напряжения и тока, который можно безопасно подавать через кожу, не причиняя никакого вреда нервам или какой-либо другой части тела?

  2. Существует ли риск постоянного повреждения или уменьшения чувствительности нервов при воздействии электрического тока в течение длительного времени? Любой способ обойти эту проблему?

  3. Какое «разрешение» или плотность ввода можно надеяться достичь, прежде чем сигнал станет «размытым» из-за перекрестных помех?

AliceD♦
Добро пожаловать в Bio.SE! Интересный вопрос. Планируете ли вы использовать электродную сетку на сухой коже, на коже, используя электролитический раствор / гель, или вы ориентируетесь на язык (он же BrainPort). Ваши вопросы зависят от сопротивления, вот почему я спрашиваю. На данный момент вопрос слишком широк для моего мнения.

Alexander Ivanov
Спасибо за поддержку! Добавлена ​​дополнительная информация в описании.

Ответы


AliceD

Хороший вопрос (ы). Я пройду через них в последовательности.

  1. Безопасные пределы тока . Что касается электрических стимулов, то плотность тока определяет пределы безопасности. Поэтому в медицинских устройствах речь идет не о том, что является безопасным максимальным уровнем тока , но каков максимальный безопасный уровень тока, заданный поверхностью электрода? А с точки зрения стимуляции кожи, это не предел безопасности, который является горлышком бутылки, а максимальная допустимая плотность тока , которая составляет около 0,5 мА / см 2 ( Prausnitz, 1996 ). Более высокие раздражители приводят к болевым ощущениям. Это одна из причин, по которой устройство BrainPort используется на языке; влажная поверхность уменьшает сопротивление и, следовательно, поток, необходимый для получения тактильного ответа.

  2. Постоянный ущерб . Как уже было сказано, допустимый предел ощущения является проблемой (необходимо прочитать в этом отношении Kaczmareck et al., 1991 ).

  3. Острота . Наилучшее возможное тактильное «разрешение» обычно выражается с точки зрения тактильной остроты . Тактильная острота варьируется в зависимости от места тела, и, к сожалению, она имеет худшее положение на бедрах (45 мм) и спине (40 мм). Много цитируемая картина о тактильной остроте зрения принадлежит Вайнштейну ( 1968 ):

2-точечные пороговые значения дискриминации

Эти остроты представляют собой расстояние, на котором одновременно представлены 2, точки статического давления должны быть разнесены, чтобы быть просто заметными (так называемый двухточечный порог дискриминации). Хотя ваши предложенные электрические стимулы отличаются от стимулов давления, эти сообщенные значения на рисунке (40-45 мм) создают впечатление на требуемом межэлектродном расстоянии. Из моей собственной работы я могу подтвердить 40 мм, используя вибрационные стимулы. Неблагоприятная острота спины и внешней телесной кожи в целом была также одним из марионеток, чтобы поместить сетку электрода BrainPort на язык, который обладает отличной тактильной остротой.

Рекомендации
- Kaczmareck et al. IEEE Trans Biomed Eng 1991; 38 : 1-16
- Prausnitz, Adv Drug Delivery Rev 1996 ; 18 : 395-425
- Вайнштейн С. 1968. В: Кеншало. Кожные ощущения: 195-222. Спрингфилд, IL: Томас

Alexander Ivanov
Спасибо за ответы и ссылки. Диаграмма особенно открыта для глаз и поможет разместить «дисплей» где-то более подходящим. Я подхожу к этому вопросу с надеждой на то, что мозг может (учиться) подсознательно распознавать информацию более тонко, чем воспринимаемая тактильная острота, которая затем может быть мерой для базовой точности, на которой можно основываться.

Alexander Ivanov
Хотя по практическим соображениям язык может не подходить для сенсорного добавления, я рассматриваю другие слизистые оболочки, такие как внутренняя часть щеки, как жизнеспособные поверхности, которые более чувствительны и требуют меньшей мощности для стимуляции.

Смотри также