Biyomimetik ve Kablosuz Motor Nöroprotez Tasarımı

Abstract

Motor nöroprotezler beyin dokusu ile doğrudan iletişim kurarak bir hastalık ve yaralanma sonucu meydana gelen motor fonksiyon kayıplarını telafi etmeyi amaçlar. Motor nöroprotez teknolojisindeki umut verici gelişmelere rağmen günümüze kadar geliştirilmiş sistemlerin halen motor korteks nöronlarının değişen etkinlik desenlerine uyum sağlama sorunu vardır. Bu projede değişen sinirsel etkinlik desenlerine sadece bir dışsal ödül işaretiyle uyum sağlayabilen ve motor korteks ile striatum arasındaki etkileşimleri taklit ederek çalışan bir biyomimetik motor nöroprotez şifre çözücüsünün üzerinde çalışılmıştır. Gerçek-zamanlı simülasyonlarla bahsi geçen şifre çözücünün sorunsuz çalışması için sıçan motor korteksinden en az 15-18 nörondan sinirsel etkinlik kaydı alınması gerektiği ortaya çıkarılmıştır. Biyomimetik şifre çözücüsüne gerekli sinirsel işaret girdilerini sağlamak için 16 ve 32 kanallı mikroelektrot dizilerinin üretim ve kronik implantasyon yöntemleri geliştirilmiştir. Biyomimetik şifre çözücüsünün in vivo sıçan deneyleriyle başarımının değerlendirilebilmesi için yeni bir davranışsal paradigma geliştirilmiştir. Davranışsal paradigmayı kullanarak 3 sıçanla nöroprotez kontrol denemeleri gerçekleştirilmiştir. Bütün denekler bir robot kolun tek ekseni etrafındaki hareketini kontrol etmeyi sinirsel edimsel koşullama aracılığıyla öğrenebilmiştir. Projede 16 kanallı mikroelektrot dizisinden alınan sinirsel işaretlerin kablosuz iletimi için düşük maliyetli bir prototip geliştirilmiştir. Projede geliştirilen mikroelektrot dizisi üretim ve implantasyon yöntemlerini, nöroprotez kontrolüne yönelik davranış paradigmasını ve kablosuz veri iletim yöntemlerini kullanarak sadece bu projede üzerinde çalışılan biyomimetik şifre çözücüsüne değil farklı başka yaklaşımlarla geliştirilmiş şifre çözücülerine de sinirsel işaret girdisi sağlamak mümkündür.