ERI: Microscale Implants for Closed-loop Neuromodulation

ERI:用于闭环神经调节的微型植入物

基本信息

  • 批准号:
    2138697
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-03-15 至 2025-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Bioelectronic medicine has the potential to transform personalized medicine. Bioelectronic medicines are implanted devices that read and modulate the electrical activity of the body’s nervous system to treat diseases and conditions that are resistant to conventional therapy. Medical care with next generation bioelectronic medicine of size smaller than a grain of rice will be able to continuously monitor a patient’s state and autonomously deliver on-demand therapy to significantly reduce clinician burden, improve patient compliance, and reduce adverse drug reactions and abuse. However, current bioelectronic medicine relies on large, bulky devices that are highly invasive and use electronics that cannot sense weak neural signals and deliver stimulation therapy at the same time. To overcome these barriers and move toward this vision for next generation bioelectronic medicine, this project seeks to make key technological advances in circuit design to miniaturize bioelectronic medicine and enable simultaneous sensing and stimulation for closed-loop therapy.This project will develop miniaturized peripheral nerve interfaces that can wirelessly record and stimulate at the same time to enable closed-loop experimentation. To do so, the proposed work will develop a new cross-domain simulation framework to enable accurate co-simulation of key physical parameters, such as wireless power harvesting and electrode properties, with integrated circuit design to optimize the design of microscale neural interface systems. Next, small-area, low-power circuit design techniques for neural stimulation and recording will be developed. The stimulation circuitry will guarantee chronically safe operation without off-chip components by adaptively monitoring and controlling the electrode interface. The recording circuitry will employ precisely-timed memoryless sampling to be resilient to saturating interference from neural stimulation. Lastly, the prototype nerve interface will be validated in a rodent model and be used to dynamically control a peripheral nerve as a proof-of-concept demonstration of closed-loop bioelectronic medicine.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
生物电子医学有可能改变个性化医疗。生物电子药物是一种植入式设备,可以读取和调节人体神经系统的电活动,以治疗对传统疗法有抵抗力的疾病和病症。下一代生物电子医疗的尺寸小于一粒米,将能够持续监测患者的状态,并自主提供按需治疗,以显着减轻临床医生的负担,提高患者的依从性,并减少药物不良反应和滥用。然而,目前的生物电子医学依赖于大而笨重的设备,这些设备具有高度侵入性,并且使用的电子设备无法同时感知微弱的神经信号并提供刺激治疗。为了克服这些障碍,实现下一代生物电子医学的愿景,本项目致力于在电路设计方面取得关键技术进步,实现生物电子医学的智能化,实现闭环治疗的同时感知和刺激。本项目将开发能够同时无线记录和刺激的小型外周神经接口,实现闭环实验。为此,拟议的工作将开发一个新的跨域仿真框架,以实现关键物理参数的精确联合仿真,例如无线功率收集和电极特性,以及集成电路设计,以优化微尺度神经接口系统的设计。接下来,将开发用于神经刺激和记录的小面积、低功耗电路设计技术。通过自适应监测和控制电极接口,刺激电路将保证长期安全运行,无需片外组件。记录电路将采用精确定时的无记忆采样,以适应来自神经刺激的饱和干扰。最后,原型神经接口将在啮齿动物模型中进行验证,并用于动态控制外周神经,作为闭环生物电子医学的概念验证演示。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
An Artifact-Resilient Neural Recording Front-end with Rail-to-Rail DM and CM Offset Correction
具有轨到轨 DM 和 CM 偏移校正功能的抗伪神经记录前端
  • DOI:
    10.1109/iscas46773.2023.10182181
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bandali, Mehdi;Johnson, Benjamin C.
  • 通讯作者:
    Johnson, Benjamin C.
Active Pulse-Clamp Stimulation for Rapid Recovery, Charge-Balanced Neural Stimulation
主动脉冲钳刺激可实现快速恢复、电荷平衡神经刺激
  • DOI:
    10.1109/iscas46773.2023.10181786
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Tala, FNU;Johnson, Benjamin C.
  • 通讯作者:
    Johnson, Benjamin C.
Fully Customizable, Low-Cost, Multi-Contact Nerve Cuffs for Spatially Selective Neuromodulation
完全可定制、低成本、多接触神经袖带,用于空间选择性神经调节
  • DOI:
    10.1109/embc40787.2023.10340814
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Riley, Morgan;Tala, FNU;Johnson, Katherine J.;Johnson, Benjamin C.
  • 通讯作者:
    Johnson, Benjamin C.
Wireless Galvanic Impulse Communication for High-Throughput, Low-Power, Miniaturized Neuromodulation Implants
适用于高通量、低功耗、小型化神经调节植入物的无线电脉冲通信
  • DOI:
    10.1109/embc40787.2023.10340538
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Riley, Morgan;Tala, FNU;Bandali, Mehdi;Johnson, Benjamin C.
  • 通讯作者:
    Johnson, Benjamin C.
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Benjamin Johnson其他文献

徳山高専における英語多読・多聴指導の効果, 課題, 展望
德山工业大学英语泛读/泛听教学的效果、挑战与前景
  • DOI:
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Hitoshi Ogawa;Benjamin Johnson;Toru Kunishige;WATANABE Akiko;緒形康;国重徹;村井恭子;国重 徹;真下裕之;国重徹
  • 通讯作者:
    国重徹
英語多読指導の効果と落とし穴-多読指導開始後3 年経過した徳山高専の場合-
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Hitoshi Ogawa;Benjamin Johnson;Toru Kunishige;WATANABE Akiko;緒形康;国重徹;村井恭子;国重 徹;真下裕之;国重徹;国重徹;村井恭子;国重徹
  • 通讯作者:
    国重徹
Longitudinal association between exposure to e-cigarette advertising and youth e-cigarette use in the United States.
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
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    0
  • 作者:
    Tianze Sun;Giang Vu;C. Lim;Benjamin Johnson;D. Stjepanović;J. Leung;J. Connor;C. Gartner;W. Hall;G. Chan
  • 通讯作者:
    G. Chan
Effect of Tobacco and E-Cigarette-Related Social Media Content on Youth
  • DOI:
    10.1016/j.jnma.2024.07.023
  • 发表时间:
    2024-08-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Gary C.K. Chan
A qualitative systematic thematic review of motivations for medical use of prescription stimulants among adults with ADHD
对成人注意缺陷多动障碍患者处方兴奋剂医疗使用动机的定性系统主题综述
  • DOI:
    10.1016/j.jad.2025.04.118
  • 发表时间:
    2025-08-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.900
  • 作者:
    Benjamin Johnson;Stella Seal;Leo Wu;Sophia Glasgow;Jason Connor;Gary Chan
  • 通讯作者:
    Gary Chan

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    2023
  • 资助金额:
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    1725784
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    2017
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    $ 20万
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    Fellowship Award

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    2023
  • 资助金额:
    $ 20万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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  • 批准号:
    EP/Y004973/1
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 20万
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    23K19217
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    2023
  • 资助金额:
    $ 20万
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    10713711
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    2023
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    $ 20万
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    10588604
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
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作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了