神經(jīng)刺激器(執(zhí)行器):目前的神經(jīng)刺激器,是指有效的電脈沖生成器,有一組相關(guān)的參數(shù)被稱為刺激配置(例如,頻率、振幅和脈沖寬度;電極陽極和陰極;活躍電極;雙極或參考通道選擇)c目前,生理刺激參數(shù)和神經(jīng)系統(tǒng)之間的關(guān)系沒有得到充分深人的理解,導(dǎo)致參數(shù)選擇過程既煩瑣又可能沒有使病人治療效果受益達(dá)到最佳。日益復(fù)雜的治療方法,比如采用更多的電極[:]和更多的參數(shù)范圍使得參數(shù)的選擇更加復(fù)雜。為實(shí)現(xiàn)最佳的治療效果需要高效的,最好是自動(dòng)化的參數(shù)/脈沖波形和模式選擇方法。

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    治療的傳遞和電極-人體組織之間界面提出了另外一組挑戰(zhàn)。當(dāng)前,神經(jīng)刺激器及其電極的挑戰(zhàn)在于選擇性激活特定神經(jīng)元以及它們?nèi)绾斡绊懮窠?jīng)的電勢。所受刺激的人體組織體積大小(刺激量)與神經(jīng)元的尺寸相比是不精確的,與生理控制相比,對神經(jīng)膜電勢的控制是相對粗糙的。電極技術(shù)的研究發(fā)展可能會(huì)使得通過場引導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行特定神經(jīng)刺激成為現(xiàn)實(shí)[:]。微電極也是一種很有前途的方法;但是,微電極是否具有長期的可靠性還是未知的。在未來,神經(jīng)刺激器可以使用細(xì)胞和基因技術(shù),可以選擇性地激活特定的神經(jīng)元群,實(shí)現(xiàn)對更細(xì)微的神經(jīng)活動(dòng)的調(diào)節(jié)。例如,光遺傳學(xué)是一種使用遺傳學(xué)技術(shù)通過特定頻率的光來控制神經(jīng)電勢的技術(shù)[5]。

   神經(jīng)系統(tǒng)[設(shè)備(plant)]:在神經(jīng)系統(tǒng)或者說設(shè)各(plant)中,疾病狀態(tài)的再現(xiàn)和動(dòng)態(tài)瞬時(shí)變化對理解神經(jīng)刺激器和觀察到的傳感器數(shù)據(jù)之間的關(guān)系是很重要的。然而,描述神經(jīng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)識(shí)別以及其與治療之間的非線性關(guān)系仍然是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。由Hahn和McIntyre[9]和Tass等人[7]建立的神經(jīng)系統(tǒng)模型演示了基于生理表征來描述神經(jīng)刺激的動(dòng)態(tài)效應(yīng)的例子。Hdshe枷er在常規(guī)脊髓刺激(∞inal Cord⒊imulation,SCS)領(lǐng)域的工作是理解刺激機(jī)制并予優(yōu)化治療的另一個(gè)例子,在這種情況下對于期望的脊髓背束的指導(dǎo)性刺激應(yīng)同時(shí)避免刺激脊神經(jīng)背根而可能導(dǎo)致不必要的感官副作用或疼痛[10]。對于神經(jīng)系統(tǒng)在細(xì)胞和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水平的深度認(rèn)知,以及計(jì)算能力的增強(qiáng)可以更好地理解設(shè)備(plant)的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)健和精確的神經(jīng)刺激和狀態(tài)觀測策略。