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ASCENT使研究神经电刺激变得更容易

杜克大学的生物医学工程师开发了一个开源软件平台,可以自动进行 3D 电神经刺激建模。这可能使研究人员能够预测特定神经将如何响应来自定制电极的不同刺激模式。

研究人员希望该平台能够帮助研究人员为各种疾病(包括糖尿病、类风湿性关节炎和心血管疾病)创建准确的新疗法模型。

就像心脏起搏器一样,神经刺激装置被植入体内,并被编程为将有针对性的电脉冲发送到神经中。这些电脉冲可能会启动或抑制神经中的信号,改变器官功能的调节并可能治疗疾病。在某些情况下,神经刺激是一种很有前途的药物替代品。

这项研究于 8 月 26 日在线发表在PLOS 计算生物学杂志上。

某些电刺激疗法,如迷走神经刺激,已被证明是对传统药物疗法无反应的癫痫和抑郁症等疾病的有效治疗方法。

Warren Grill 生物医学工程实验室的研究主任 Nicole Pelot 说:“尽管临床前数据很有希望,但将神经刺激转化为临床仍然具有挑战性,因为动物和人类之间甚至人与人之间的神经解剖结构存在很大差异。”在杜克大学。“这些变化需要选择不同的电极或刺激参数来实现有针对性的反应,这可能有点像猜谜游戏。”

虽然计算建模允许研究人员避免在电刺激中进行一些猜测,但建模过程非常复杂,这通常限制了专家开发人员的使用,并限制了模型的再现性和重用性。Grill 是杜克大学 Edmund T. Pratt, Jr. 生物医学工程学院特聘教授,在过去四年中一直与他的同事一起开发解决方案。

格里尔说,ASCENT,或表征电神经阈值的自动模拟,使神经刺激建模更容易、可重复和高效。它允许研究人员定义各种信息,如神经几何形状、纤维模型、电极设计和刺激波形,然后模拟神经对电脉冲的反应。

ASCENT 的自动化允许用户从以前发表的研究中复制模型,将可能需要数年的过程变成可能只需要几周或几天的过程。

“我们设计的代码具有很强的可扩展性,”Grill 实验室的本科研究助理 Jake Cariello 补充道。“我们将复杂的系统分解为它的子组件,每个子组件都是可定制的。”

ASCENT 是一个开源项目,作为美国国立卫生研究院共同基金刺激外周活动缓解疾病计划 (SPARC) 的一部分,用户可以免费访问。ASCENT 软件可在此处下载。

“这种专业化的工具对于更多的新手用户来说通常是无法使用的,”博士 Eric Musselman 说。烧烤实验室的学生。“我们希望 ASCENT 将有助于推动科学向前发展,因为越来越多的研究人员能够使用计算模型设计和解释治疗干预措施。”

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