Neural engineering
न्यूरल इंजीनियरिंग (न्यूरो इंजीनियरिंग के रूप में भी जाना जाता है) जैव चिकित्सा इंजीनियरिंग के भीतर एक अनुशासन है जो तंत्रिका प्रणालियों को समझने, मरम्मत करने, बदलने या बढ़ाने के लिए इंजीनियरिंग तकनीकों का उपयोग करता है। तंत्रिका इंजीनियर जीवित तंत्रिका ऊतक और निर्जीव निर्माण (हेटलिंग, 2008) के इंटरफेस पर डिजाइन समस्याओं को हल करने के लिए विशिष्ट रूप से योग्य हैं। न्यूरल इंजीनियरिंग का क्षेत्र कम्प्यूटेशनल न्यूरोसाइंस, एक्सपेरिमेंटल न्यूरोसाइंस, न्यूरोलॉजी, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और जीवित न्यूरल टिश्यू के सिग्नल प्रोसेसिंग के क्षेत्रों पर आधारित है और इसमें रोबोटिक्स, साइबरनेटिक्स, कंप्यूटर इंजीनियरिंग, न्यूरल टिश्यू इंजीनियरिंग, मैटेरियल्स साइंस और नैनोटेक्नोलॉजी के तत्व शामिल हैं। इस क्षेत्र में प्रमुख लक्ष्यों में तंत्रिका तंत्र और कृत्रिम उपकरणों के बीच सीधी बातचीत के माध्यम से मानव कार्य की बहाली और वृद्धि शामिल है। बहुत वर्तमान शोध संवेदी और मोटर प्रणालियों में जानकारी के कोडिंग और प्रसंस्करण को समझने पर केंद्रित है, यह निर्धारित करने पर कि इस प्रसंस्करण को रोगजनक स्थिति में कैसे बदला जाता है, और मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस और न्यूरोप्रोस्थेटिक्स सहित कृत्रिम उपकरणों के साथ बातचीत के माध्यम से इसे कैसे हेरफेर किया जा सकता है। अन्य शोध प्रयोग द्वारा जांच पर अधिक ध्यान केंद्रित करते हैं, जिसमें बाहरी प्रौद्योगिकी से जुड़े तंत्रिका प्रत्यारोपण का उपयोग शामिल है। न्यूरोहाइड्रोडायनामिक्स न्यूरल इंजीनियरिंग का एक विभाग है जो न्यूरोलॉजिकल सिस्टम के हाइड्रोडायनामिक्स पर केंद्रित है। जैसा कि तंत्रिका इंजीनियरिंग एक अपेक्षाकृत नया क्षेत्र है, इससे संबंधित जानकारी और अनुसंधान तुलनात्मक रूप से सीमित है, हालांकि यह तेजी से बदल रहा है। न्यूरल इंजीनियरिंग के लिए विशेष रूप से समर्पित पहली पत्रिकाएं, द जर्नल ऑफ न्यूरल इंजीनियरिंग और द जर्नल ऑफ न्यूरो इंजीनियरिंग एंड रिहैबिलिटेशन दोनों 2004 में उभरीं। आई. ई. ई. ई. द्वारा न्यूरल इंजीनियरिंग पर अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन 2003 से 29 अप्रैल से 2 मई 2009 तक अंताल्या, तुर्की में न्यूरल इंजीनियरिंग पर चौथा सम्मेलन, अप्रैल/मई 2011 में कैनकन, मैक्सिको में न्यूरल इंजीनियरिंग पर 5वां अंतर्राष्ट्रीय आई. ई. ई. ई. ई. एम. बी. एस. सम्मेलन और नवंबर 2013 में सैन डिएगो, कैलिफोर्निया में छठा सम्मेलन आयोजित किया गया है। 7वां सम्मेलन अप्रैल 2015 में मोंटपेलियर में आयोजित किया गया था। 8वां सम्मेलन मई 2017 में शंघाई में आयोजित किया गया था। न्यूरोइंजीनियरिंग के पीछे के मूल सिद्धांतों में न्यूरॉन्स, न्यूरल नेटवर्क और तंत्रिका तंत्र के कार्यों का संबंध मात्रात्मक मॉडल के साथ शामिल है जो संकेतों की व्याख्या और नियंत्रण करने और उद्देश्यपूर्ण प्रतिक्रियाओं का उत्पादन करने वाले उपकरणों के विकास में सहायता करता है। तंत्रिका विज्ञान संदेश जिनका उपयोग शरीर विचारों, इंद्रियों, आंदोलनों और उत्तरजीविता को प्रभावित करने के लिए करता है, वे मस्तिष्क के ऊतकों और शरीर के बाकी हिस्सों में संचारित तंत्रिका आवेगों द्वारा निर्देशित होते हैं। न्यूरॉन्स तंत्रिका तंत्र की बुनियादी कार्यात्मक इकाई हैं और अत्यधिक विशिष्ट कोशिकाएं हैं जो इन संकेतों को भेजने में सक्षम हैं जो जीवित रहने और जीवन की गुणवत्ता के लिए आवश्यक उच्च और निम्न स्तर के कार्यों को संचालित करती हैं। न्यूरॉन्स में विशेष विद्युत-रासायनिक गुण होते हैं जो उन्हें जानकारी को संसाधित करने और फिर उस जानकारी को अन्य कोशिकाओं में संचारित करने की अनुमति देते हैं। तंत्रिका संबंधी गतिविधि तंत्रिका झिल्ली क्षमता और उसके साथ और उसके पार होने वाले परिवर्तनों पर निर्भर करती है। एक स्थिर वोल्टेज, जिसे झिल्ली क्षमता के रूप में जाना जाता है, आमतौर पर न्यूरोनल झिल्ली में विशिष्ट आयनों की कुछ सांद्रता द्वारा बनाए रखा जाता है। इस वोल्टेज में व्यवधान या भिन्नताएं झिल्ली में असंतुलन या ध्रुवीकरण पैदा करती हैं। अपनी सीमा क्षमता से आगे झिल्ली का विध्रुवीकरण एक क्रिया क्षमता उत्पन्न करता है, जो संकेत संचरण का मुख्य स्रोत है, जिसे तंत्रिका तंत्र के तंत्रिका संचरण के रूप में जाना जाता है। एक क्रिया क्षमता के परिणामस्वरूप एक अक्षतंतु झिल्ली के नीचे और उसके पार आयन प्रवाह का एक कैस्केड होता है, जिससे एक प्रभावी वोल्टेज स्पाइक ट्रेन या "विद्युत संकेत" बनता है जो अन्य कोशिकाओं में आगे विद्युत परिवर्तनों को संचारित कर सकता है। संकेत विद्युत, रासायनिक, चुंबकीय, ऑप्टिकल और उत्तेजनाओं के अन्य रूपों द्वारा उत्पन्न किए जा सकते हैं जो आवेशों के प्रवाह को प्रभावित करते हैं, और इस प्रकार तंत्रिका झिल्ली में वोल्टेज का स्तर (हे 2005)। इंजीनियरिंग इंजीनियर मात्रात्मक उपकरणों को नियोजित करते हैं जिनका उपयोग जटिल तंत्रिका प्रणालियों को समझने और उनके साथ बातचीत करने के लिए किया जा सकता है। तंत्रिका ऊतक में बाह्य कोशिकीय क्षेत्र क्षमता और सिनैप्टिक संचरण के लिए जिम्मेदार रासायनिक, विद्युत, चुंबकीय और ऑप्टिकल संकेतों का अध्ययन और उत्पादन करने के तरीके तंत्रिका प्रणाली गतिविधि (बब्ब एट अल) के मॉड्यूलेशन में शोधकर्ताओं की सहायता करते हैं। 2008)। तंत्रिका प्रणाली गतिविधि के गुणों को समझने के लिए, इंजीनियर संकेत प्रसंस्करण तकनीकों और कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग (एलियासमिथ और एंडरसन 2003) का उपयोग करते हैं। इन संकेतों को संसाधित करने के लिए, तंत्रिका इंजीनियरों को तंत्रिका झिल्ली में वोल्टेज को संबंधित कोड में अनुवाद करना चाहिए, एक प्रक्रिया जिसे तंत्रिका कोडिंग के रूप में जाना जाता है। न्यूरल कोडिंग इस बात का अध्ययन करती है कि कैसे मस्तिष्क केंद्रीय पैटर्न जनरेटर (सी. पी. जी.), आंदोलन वैक्टर, सेरेबेलर आंतरिक मॉडल और गति और संवेदी घटनाओं को समझने के लिए सोमाटोटोपिक मानचित्रों के रूप में सरल आदेशों को कूटबद्ध करता है। तंत्रिका विज्ञान के क्षेत्र में इन संकेतों की डिकोडिंग वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा न्यूरॉन्स उन वोल्टेज को समझते हैं जो उन्हें प्रेषित किए गए हैं। परिवर्तनों में वे तंत्र शामिल होते हैं जो एक निश्चित रूप के संकेतों की व्याख्या करते हैं और फिर दूसरे रूप में अनुवादित होते हैं। इंजीनियर इन परिवर्तनों को गणितीय रूप से मॉडल करते हैं (एलियासमिथ और एंडरसन 2003)। इन वोल्टेज संकेतों को रिकॉर्ड करने के लिए विभिन्न तरीकों का उपयोग किया जा रहा है। ये अंतःकोशिकीय या बाह्यकोशिकीय हो सकते हैं। बाह्य कोशिकीय विधियों में एकल-इकाई रिकॉर्डिंग, बाह्य कोशिकीय क्षेत्र क्षमता और एम्पेरोमेट्री शामिल हैं; हाल ही में, बहु-विद्युत सरणियों का उपयोग संकेतों को रिकॉर्ड करने और उनकी नकल करने के लिए किया गया है। स्कोप न्यूरोमैकेनिक्स न्यूरोबायोलॉजी, बायोमैकेनिक्स, सनसनी और धारणा, और रोबोटिक्स (एडवर्ड्स 2010) का संयोजन है। शोधकर्ता तंत्रिका ऊतकों के यांत्रिक गुणों और ऊतकों की प्रतिरोध करने और बल और आंदोलनों को उत्पन्न करने की क्षमता के साथ-साथ दर्दनाक लोडिंग (लाप्लाका और प्राडो 2010) के प्रति उनकी भेद्यता पर उनके प्रभावों का अध्ययन करने के लिए उन्नत तकनीकों और मॉडलों का उपयोग कर रहे हैं। शोध का यह क्षेत्र इन प्रणालियों के संचालन और संगठन से संबंधित कार्यों और शासी नियमों को विकसित करने के लिए तंत्रिका-पेशी और कंकाल प्रणालियों के बीच जानकारी के परिवर्तनों का अनुवाद करने पर केंद्रित है (निशिकावा एट अल। 2007)। तंत्रिका परिपथ के कम्प्यूटेशनल मॉडल को आभासी भौतिक दुनिया में स्थित पशु निकायों के मॉडल से जोड़कर तंत्रिका यांत्रिकी का अनुकरण किया जा सकता है (एडवर्ड्स 2010)। गतिविज्ञान और आंदोलनों की गतिशीलता, गति प्रक्रियाओं के दौरान मोटर और संवेदी प्रतिक्रिया की प्रक्रिया और पैटर्न, और मोटर नियंत्रण के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क के परिपथ और सिनैप्टिक संगठन सहित बायोमैकेनिक्स का प्रयोगात्मक विश्लेषण, सभी पर वर्तमान में जानवरों की गति की जटिलता को समझने के लिए शोध किया जा रहा है। जॉर्जिया प्रौद्योगिकी संस्थान में डॉ. मिशेल लाप्लाका की प्रयोगशाला कोशिका संवर्धन के यांत्रिक विस्तार, समतल कोशिका संवर्धन के अपरूपण विरूपण और मैट्रिक्स युक्त 3डी कोशिका के अपरूपण विरूपण के अध्ययन में शामिल है। इन प्रक्रियाओं की समझ के बाद विशेष रूप से परिभाषित मापदंडों के साथ बंद लूप स्थितियों के तहत इन प्रणालियों को चिह्नित करने में सक्षम कार्यशील मॉडल का विकास किया जाता है। न्यूरोमैकेनिक्स के अध्ययन का उद्देश्य शारीरिक स्वास्थ्य समस्याओं के उपचार में सुधार करना है जिसमें प्रोस्थेसिस डिजाइन का अनुकूलन, चोट के बाद आंदोलन की बहाली और मोबाइल रोबोट का डिजाइन और नियंत्रण शामिल है। 3डी हाइड्रोजेल में संरचनाओं का अध्ययन करके, शोधकर्ता तंत्रिका कोशिका यांत्रिकी गुणों के नए मॉडल की पहचान कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, लाप्लाका और अन्य। एक नया मॉडल विकसित किया जो दर्शाता है कि तनाव कोशिका संवर्धन में एक भूमिका निभा सकता है (लाप्लाका एट अल। 2005)। न्यूरोमोडायलेशन न्यूरोमोडायलेशन का उद्देश्य चिकित्सा उपकरण प्रौद्योगिकियों को नियोजित करके बीमारी या चोट का इलाज करना है जो मस्तिष्क के बिगड़े हुए क्षेत्रों में संतुलन को फिर से स्थापित करने के लिए दवा एजेंटों, विद्युत संकेतों या ऊर्जा उत्तेजना के अन्य रूपों के वितरण के साथ तंत्रिका तंत्र की गतिविधि को बढ़ाएगा या दबाएगा। इस क्षेत्र में शोधकर्ताओं को तंत्रिका संकेतों को समझने में प्रगति को तकनीकों में प्रगति से जोड़ने की चुनौती का सामना करना पड़ता है जो इन संकेतों को मस्तिष्क में बढ़ी हुई संवेदनशीलता, जैव-संगतता और बंद लूप योजनाओं में व्यवहार्यता के साथ वितरित और विश्लेषण करती है ताकि विभिन्न प्रकार की तंत्रिका क्षति वाले लोगों के इलाज के लिए नए उपचार और नैदानिक अनुप्रयोग बनाए जा सकें। न्यूरोमोड्युलेटर उपकरण पार्किंसंस रोग, डिस्टोनिया, कंपकंपी, टॉरेट, पुराना दर्द, ओ. सी. डी., गंभीर अवसाद और अंततः मिर्गी से संबंधित तंत्रिका तंत्र की शिथिलता को ठीक कर सकते हैं। न्यूरोमोडायलेशन अलग-अलग दोषों के उपचार के रूप में आकर्षक है क्योंकि यह केवल मस्तिष्क के अत्यधिक विशिष्ट क्षेत्रों के इलाज पर ध्यान केंद्रित करता है, जो शरीर पर दुष्प्रभाव डालने वाले प्रणालीगत उपचारों के विपरीत है। न्यूरोमोड्युलेटर उत्तेजक जैसे कि माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी मस्तिष्क के कार्य को उत्तेजित और रिकॉर्ड कर सकते हैं और आगे के सुधारों के साथ दवाओं और अन्य उत्तेजनाओं के लिए समायोज्य और उत्तरदायी वितरण उपकरण बनने के लिए होते हैं। तंत्रिका पुनः विकास और मरम्मत तंत्रिका इंजीनियरिंग और पुनर्वास परिधीय और केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के कार्य की जांच करने और मस्तिष्क क्षति या खराबी से उत्पन्न समस्याओं के नैदानिक समाधान खोजने के लिए तंत्रिका विज्ञान और इंजीनियरिंग को लागू करता है। तंत्रिका पुनर्जनन पर लागू इंजीनियरिंग इंजीनियरिंग उपकरणों और सामग्रियों पर केंद्रित है जो परिधीय तंत्रिका चोट के पुनर्जनन, रीढ़ की हड्डी की चोट के लिए रीढ़ की हड्डी के ऊतक के पुनर्जनन और रेटिना के ऊतक के पुनर्जनन जैसे विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए न्यूरॉन्स के विकास की सुविधा प्रदान करते हैं। आनुवंशिक इंजीनियरिंग और ऊतक इंजीनियरिंग ऐसे क्षेत्र हैं जो रीढ़ की हड्डी के लिए मचान विकसित कर रहे हैं ताकि तंत्रिका संबंधी समस्याओं में मदद मिल सके (श्मिट एंड लीच 2003)। तंत्रिका इंजीनियरिंग पर केंद्रित अनुसंधान तंत्रिका तंत्र के कार्य और खराबी का अध्ययन करने के लिए उपकरणों का उपयोग करता है (श्मिट एंड लीच 2003)। न्यूरल इमेजिंग न्यूरोइमेजिंग तकनीकों का उपयोग न्यूरल नेटवर्क की गतिविधि के साथ-साथ मस्तिष्क की संरचना और कार्य की जांच करने के लिए किया जाता है। न्यूरोइमेजिंग प्रौद्योगिकियों में कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एफ. एम. आर. आई.), चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एम. आर. आई.), पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफी (पी. ई. टी.) और संगणित अक्षीय टोमोग्राफी (सी. ए. टी.) स्कैन शामिल हैं। कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग अध्ययन इस बात में रुचि रखते हैं कि मस्तिष्क के कौन से क्षेत्र विशिष्ट कार्य करते हैं। एफएमआरआई हीमोडायनामिक गतिविधि को मापता है जो तंत्रिका गतिविधि से निकटता से जुड़ा हुआ है। इसका उपयोग किसी दिए गए कार्य या उत्तेजना के लिए मस्तिष्क के विशिष्ट क्षेत्रों में चयापचय प्रतिक्रियाओं का मानचित्रण करने के लिए किया जाता है। पी. ई. टी., सी. टी. स्कैनर और इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफी (ई. ई. जी.) में वर्तमान में सुधार किया जा रहा है और इसी तरह के उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जा रहा है। न्यूरल नेटवर्क वैज्ञानिक न्यूरल सिस्टम को यथासंभव यथार्थवादी तरीके से मॉडलिंग करने की उम्मीद के साथ न्यूरल नेटवर्क बनाने के लिए न्यूरोनल सिस्टम के प्रयोगात्मक अवलोकनों और इन सिस्टम के सैद्धांतिक और कम्प्यूटेशनल मॉडल का उपयोग कर सकते हैं। तंत्रिका तंत्र का उपयोग आगे के तंत्रिका प्रौद्योगिकी उपकरणों को डिजाइन करने में मदद करने के लिए विश्लेषण के लिए किया जा सकता है। विशेष रूप से, शोधकर्ता तंत्रिका तंत्र के आंदोलनों के नियंत्रण को निर्धारित करने के लिए विश्लेषणात्मक या सीमित तत्व मॉडलिंग को संभालते हैं और मस्तिष्क की चोटों या विकारों वाले रोगियों की मदद के लिए इन तकनीकों को लागू करते हैं। कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क को सैद्धांतिक और कम्प्यूटेशनल मॉडल से बनाया जा सकता है और सैद्धांतिक रूप से उपकरणों के समीकरणों या न्यूरोनल प्रणालियों के देखे गए व्यवहार के प्रयोगात्मक परिणामों से कंप्यूटर पर लागू किया जा सकता है। मॉडल आयन सांद्रता गतिकी, चैनल कैनेटीक्स, सिनैप्टिक संचरण, एकल न्यूरॉन गणना, ऑक्सीजन चयापचय, या गतिशील प्रणाली सिद्धांत (लाप्लाका एट अल) के अनुप्रयोग का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। 2005)। तरल-आधारित टेम्पलेट असेंबली का उपयोग न्यूरॉन-बीज वाले सूक्ष्म वाहक मोतियों से 3डी तंत्रिका नेटवर्क को इंजीनियर करने के लिए किया गया था। न्यूरल इंटरफेस एक प्रमुख तत्व है जिसका उपयोग न्यूरल सिस्टम का अध्ययन करने और इंजीनियर उपकरणों के साथ न्यूरोनल फ़ंक्शन को बढ़ाने या बदलने के लिए किया जाता है। इंजीनियरों को ऐसे इलेक्ट्रोड विकसित करने की चुनौती दी जाती है जो तंत्रिका तंत्र की गतिविधि के बारे में जानकारी एकत्र करने के लिए संबंधित इलेक्ट्रॉनिक सर्किट से चुनिंदा रूप से रिकॉर्ड कर सकते हैं और उस ऊतक के कार्य या संवेदना को बहाल करने के लिए तंत्रिका ऊतक के निर्दिष्ट क्षेत्रों को उत्तेजित कर सकते हैं (कलन एट अल। 2011)। इन उपकरणों के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री तंत्रिका ऊतक के यांत्रिक गुणों से मेल खाती होनी चाहिए जिसमें उन्हें रखा जाता है और क्षति का आकलन किया जाना चाहिए। न्यूरल इंटरफेसिंग में बायोमटेरियल स्कैफोल्ड्स या क्रोनिक इलेक्ट्रोड्स का अस्थायी पुनर्जनन शामिल है और इसे विदेशी पदार्थों के प्रति शरीर की प्रतिक्रिया का प्रबंधन करना चाहिए। माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी हाल की प्रगति है जिसका उपयोग तंत्रिका नेटवर्क (कलन और फिस्टर 2011) का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है। ऑप्टिकल न्यूरल इंटरफेस में ऑप्टिकल रिकॉर्डिंग और ऑप्टोजेनेटिक्स शामिल होते हैं, जो कुछ मस्तिष्क कोशिकाओं को उनकी गतिविधि को संशोधित करने के लिए प्रकाश के प्रति संवेदनशील बनाते हैं। फाइबर ऑप्टिक्स को प्रकाश का उपयोग करके लक्षित न्यूरॉन्स को उत्तेजित करने या शांत करने के लिए मस्तिष्क में प्रत्यारोपित किया जा सकता है, साथ ही इलेक्ट्रोड का उपयोग करने के बजाय फोटॉन गतिविधि-तंत्रिका गतिविधि का एक प्रॉक्सी-रिकॉर्ड किया जा सकता है। टू-फोटॉन एक्साइटेशन माइक्रोस्कोपी जीवित न्यूरोनल नेटवर्क और न्यूरॉन्स के बीच संचारी घटनाओं का अध्ययन कर सकती है। मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस मानव तंत्रिका तंत्र के साथ सीधे संवाद करने की कोशिश करते हैं ताकि तंत्रिका परिपथ की निगरानी और उत्तेजना के साथ-साथ आंतरिक तंत्रिका संबंधी शिथिलता का निदान और उपचार किया जा सके। गहन मस्तिष्क उत्तेजना इस क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण प्रगति है जो कंपन को दबाने के लिए तंत्रिका ऊतक की उच्च आवृत्ति उत्तेजना के साथ पार्किंसंस रोग जैसे आंदोलन विकारों के इलाज में विशेष रूप से प्रभावी है (लेगा एट अल। 2011)। तंत्रिका तंत्र तंत्रिका तंत्र को विद्युत, रासायनिक, चुंबकीय और ऑप्टिकल संकेतों की व्याख्या करने और वितरित करने के लिए तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्रिका तंत्र वे झिल्ली क्षमता में भिन्नताओं का पता लगा सकते हैं और इलेक्ट्रोड का उपयोग करके या रासायनिक सांद्रता, प्रतिदीप्ति प्रकाश की तीव्रता या चुंबकीय क्षेत्र क्षमता के मूल्यांकन द्वारा स्पाइक जनसंख्या, आयाम या दर जैसे विद्युत गुणों को माप सकते हैं। इन प्रणालियों का लक्ष्य संकेत देना है जो न्यूरोनल ऊतक क्षमता को प्रभावित करेगा और इस प्रकार मस्तिष्क के ऊतक को एक वांछित प्रतिक्रिया (हे 2005) उत्पन्न करने के लिए उत्तेजित करेगा। माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी विशिष्ट उपकरण हैं जिनका उपयोग बाह्य कोशिकीय वातावरण में वोल्टेज में तेज परिवर्तनों का पता लगाने के लिए किया जाता है जो एक अक्षतंतु के नीचे एक क्रिया क्षमता के प्रसार से होते हैं। डॉ. मार्क एलन और डॉ. लाप्लाका के पास एस. यू.-8 और एस. एल. ए. पॉलिमर जैसी साइटोकोम्पैटिबल सामग्रियों से माइक्रोफैब्रिकेटेड 3डी इलेक्ट्रोड हैं, जिससे ऊतक व्यवधान को कम करने के लिए उच्च अनुपालन और लचीलेपन की विशेषताओं के साथ इन विट्रो और इन विवो माइक्रोइलेक्ट्रोड सिस्टम का विकास हुआ है। न्यूरल प्रोस्थेसिस न्यूरोप्रोस्थेटिक्स तंत्रिका तंत्र को उत्तेजित करके और इसकी गतिविधि को रिकॉर्ड करके तंत्रिका तंत्र के लापता कार्यों को पूरक या प्रतिस्थापित करने में सक्षम उपकरण हैं। इलेक्ट्रोड जो तंत्रिकाओं के दहन को मापते हैं, वे कृत्रिम उपकरणों के साथ एकीकृत हो सकते हैं और उन्हें संचारित संकेत द्वारा इच्छित कार्य करने के लिए संकेत दे सकते हैं। संवेदी कृत्रिम अंग तंत्रिका इनपुट को बदलने के लिए कृत्रिम संवेदक का उपयोग करते हैं जो जैविक स्रोतों से गायब हो सकते हैं (हे 2005)। इन उपकरणों पर शोध करने वाले इंजीनियरों पर न्यूरोनल ऊतक के साथ एक पुराना, सुरक्षित, कृत्रिम इंटरफेस प्रदान करने का आरोप लगाया जाता है। शायद इन संवेदी कृत्रिम अंगों में सबसे सफल कोक्लियर प्रत्यारोपण है जिसने बधिरों को सुनने की क्षमता बहाल की है। नेत्रहीन व्यक्तियों की दृश्य क्षमताओं को बहाल करने के लिए दृश्य कृत्रिम अंग अभी भी विकास के अधिक प्रारंभिक चरणों में है। मोटर प्रोस्थेटिक्स जैविक तंत्रिका पेशी प्रणाली के विद्युत उत्तेजना से जुड़े उपकरण हैं जो मस्तिष्क या रीढ़ की हड्डी के नियंत्रण तंत्र के लिए विकल्प हो सकते हैं। स्मार्ट प्रोस्थेसिस को तंत्रिका संकेतों द्वारा नियंत्रित लापता अंगों को बदलने के लिए एक एम्प्यूटी के स्टंप से मांसपेशियों में नसों को प्रत्यारोपित करके डिज़ाइन किया जा सकता है। संवेदी प्रोस्थेटिक्स परिधीय से यांत्रिक उत्तेजनाओं को तंत्रिका तंत्र द्वारा सुलभ एन्कोडेड जानकारी में बदलकर संवेदी प्रतिक्रिया प्रदान करते हैं। त्वचा पर रखे गए इलेक्ट्रोड संकेतों की व्याख्या कर सकते हैं और फिर कृत्रिम अंग को नियंत्रित कर सकते हैं। ये प्रोस्थेटिक्स बहुत सफल रहे हैं। कार्यात्मक विद्युत उत्तेजना (एफ. ई. एस.) एक ऐसी प्रणाली है जिसका उद्देश्य खड़े होना, चलना और हाथ पकड़ना जैसी मोटर प्रक्रियाओं को बहाल करना है। न्यूरोरोबोटिक्स न्यूरोरोबोटिक्स इस बात का अध्ययन है कि तंत्रिका प्रणालियों को कैसे मूर्त रूप दिया जा सकता है और यांत्रिक मशीनों में आंदोलनों का अनुकरण किया जा सकता है। न्यूरोरोबॉट का उपयोग आमतौर पर मोटर नियंत्रण और गति, सीखने और स्मृति चयन, और मूल्य प्रणालियों और कार्रवाई चयन का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। वास्तविक दुनिया के वातावरण में न्यूरोरोबॉट का अध्ययन करके, उन्हें अधिक आसानी से देखा जाता है और इसके अंतर्निहित तंत्रिका प्रणालियों और इसके पर्यावरण के लिए इन प्रणालियों की प्रतिक्रियाओं के संदर्भ में रोबोट फ़ंक्शन के शोध का वर्णन करने के लिए मूल्यांकन किया जाता है (क्रिचमार 2008)। उदाहरण के लिए, एपिलेक्टिक स्पाइक-वेव डायनामिक्स के एक कम्प्यूटेशनल मॉडल का उपयोग करते हुए, यह पहले से ही एक छद्म स्पेक्ट्रल प्रोटोकॉल के माध्यम से जब्ती उपशमन का अनुकरण करने के लिए एक विधि की प्रभावशीलता साबित हो चुका है। कम्प्यूटेशनल मॉडल इडियोपैथिक सामान्यीकृत मिर्गी वाले रोगी से चुंबकीय इमेजिंग अनुनाद का उपयोग करके मस्तिष्क संपर्क का अनुकरण करता है। विधि दौरे को कम करने में सक्षम उत्तेजना उत्पन्न करने में सक्षम थी। तंत्रिका ऊतक पुनर्जनन, या तंत्रिका पुनर्जनन उन न्यूरॉन्स को कार्य बहाल करने के लिए दिखता है जो छोटी चोटों और बड़ी चोटों में क्षतिग्रस्त हो गए हैं जैसे कि दर्दनाक मस्तिष्क की चोट के कारण। क्षतिग्रस्त नसों की कार्यात्मक बहाली में अक्षतंतुओं को पुनः उत्पन्न करने के लिए एक निरंतर मार्ग की पुनः स्थापना शामिल है। जॉर्जिया प्रौद्योगिकी संस्थान में डॉ. लाप्लाका जैसे शोधकर्ता ऊतक इंजीनियरिंग रणनीतियों को लागू करके मस्तिष्क की दर्दनाक चोट और रीढ़ की हड्डी की चोटों के बाद मरम्मत और पुनर्जनन के लिए उपचार खोजने में मदद करना चाहते हैं। डॉ. लाप्लाका एक दर्दनाक अपमान के बाद बनने वाले अनियमित आकार के घावों में न्यूनतम आक्रामक वितरण के लिए एक बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स प्रोटीन आधारित मचान के साथ तंत्रिका स्टेम कोशिकाओं के संयोजन के तरीकों पर विचार कर रहे हैं। इन विट्रो में तंत्रिका स्टेम कोशिकाओं का अध्ययन करके और वैकल्पिक कोशिका स्रोतों की खोज करके, एक मचान में उपयोग किए जा सकने वाले नए बायोपॉलिमर की इंजीनियरिंग करके, और मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी की चोट के मॉडल में विवो में कोशिका या ऊतक इंजीनियर निर्माण प्रत्यारोपण की जांच करके, डॉ. लाप्लाका की प्रयोगशाला का उद्देश्य चोट के बाद तंत्रिका पुनर्जनन के लिए इष्टतम रणनीतियों की पहचान करना है। नैदानिक उपचार के लिए वर्तमान दृष्टिकोण क्षतिग्रस्त तंत्रिका सिरों के अंत से अंत तक सर्जिकल सीवन ऑटोलॉगस तंत्रिका ग्राफ्ट के साथ छोटे अंतराल की मरम्मत कर सकते हैं। बड़ी चोटों के लिए, एक ऑटोलॉगस नर्व ग्राफ्ट का उपयोग किया जा सकता है जिसे शरीर में किसी अन्य स्थान से काटा गया है, हालांकि यह प्रक्रिया समय लेने वाली, महंगी है और इसके लिए दो सर्जरी की आवश्यकता होती है (श्मिट एंड लीच 2003)। सी. एन. एस. के लिए नैदानिक उपचार न्यूनतम रूप से उपलब्ध है और ज्यादातर चोट या सूजन की जगह के पास हड्डी के टुकड़ों के कारण होने वाली संपार्श्विक क्षति को कम करने पर केंद्रित है। आसपास की चोट की सूजन कम होने के बाद, रोगियों को पुनर्वास से गुजरना पड़ता है ताकि घायल नसों में तंत्रिका कार्य की कमी की भरपाई के लिए शेष नसों को प्रशिक्षित किया जा सके। क्षतिग्रस्त सी. एन. एस. तंत्रिकाओं के तंत्रिका कार्य को बहाल करने के लिए वर्तमान में कोई उपचार मौजूद नहीं है (श्मिट एंड लीच 2003)। रीढ़ की हड्डी की चोट की मरम्मत के लिए इंजीनियरिंग रणनीतियाँ तंत्रिका पुनर्जनन के लिए एक अनुकूल वातावरण बनाने पर केंद्रित हैं। अब तक केवल पी. एन. एस. तंत्रिका क्षति नैदानिक रूप से संभव रही है, लेकिन आनुवंशिक तकनीकों और जैव पदार्थों के शोध में प्रगति एससी तंत्रिकाओं के लिए अनुमेय वातावरण में पुनः उत्पन्न होने की क्षमता को प्रदर्शित करती है। ग्राफ्ट्स ऑटोलॉगस टिश्यू ग्राफ्ट्स के फायदे यह हैं कि वे प्राकृतिक सामग्रियों से आते हैं जिनमें कोशिका आसंजन और प्रवास को प्रोत्साहित करने वाली नसों को संरचनात्मक सहायता प्रदान करते हुए जैव-संगतता की उच्च संभावना होती है (श्मिट एंड लीच 2003)। गैर-स्वचालित ऊतक, कोशिकीय ग्राफ्ट और बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स आधारित सामग्री सभी विकल्प हैं जो तंत्रिका पुनर्जनन के लिए आदर्श मचान भी प्रदान कर सकते हैं। कुछ एलोजेनिक या ज़ेनोजेनिक ऊतकों से आते हैं जिन्हें इम्यूनोसप्रेसेन्ट के साथ जोड़ा जाना चाहिए। जबकि अन्य में छोटी आंतों का सबम्यूकोसा और एमनियोटिक ऊतक ग्राफ्ट (श्मिट एंड लीच 2003) शामिल हैं। कृत्रिम पदार्थ आकर्षक विकल्प हैं क्योंकि उनके भौतिक और रासायनिक गुणों को आमतौर पर नियंत्रित किया जा सकता है। एक चुनौती जो सिंथेटिक सामग्रियों के साथ बनी हुई है वह है जैव-संगतता (श्मिट एंड लीच 2003)। मिथाइलसेल्यूलोज-आधारित संरचनाओं को इस उद्देश्य को पूरा करने वाला एक जैव-संगत विकल्प दिखाया गया है (टेट एट अल। 2001)। एक्सोजेन मानव तंत्रिका की नकल करने के लिए ए. वी. ए. एन. सी. ई. सेल ग्राफ्ट तकनीक का उपयोग करता है। परिधीय तंत्रिका चोटों वाले 87 प्रतिशत रोगियों में यह सार्थक सुधार प्राप्त करने के लिए दिखाया गया है। तंत्रिका मार्गदर्शन चैनल तंत्रिका मार्गदर्शन चैनल, तंत्रिका मार्गदर्शन चैनल बड़े दोषों पर ध्यान केंद्रित करने वाली नवीन रणनीतियाँ हैं जो विकास को निर्देशित करने वाले अक्षतंतुओं को अंकुरित करने और निशान ऊतक से विकास अवरोध को कम करने के लिए एक नाली प्रदान करती हैं। तंत्रिका मार्गदर्शन चैनलों को वांछित आयामों, निर्जंतुकीकरण, आँसू प्रतिरोधी, और संभालने और सीवन करने में आसान (श्मिट एंड लीच 2003) के साथ एक नाली में आसानी से बनाया जाना चाहिए। आदर्श रूप से वे तंत्रिका पुनर्जनन के साथ समय के साथ खराब हो जाते हैं, लचीले, अर्धपारगम्य होते हैं, अपने आकार को बनाए रखते हैं, और एक चिकनी आंतरिक दीवार होती है जो एक वास्तविक तंत्रिका की नकल करती है (श्मिट एंड लीच 2003)। तंत्रिका पुनर्जनन को बढ़ावा देने के लिए अत्यधिक नियंत्रित वितरण प्रणालियों की आवश्यकता होती है। न्यूरोट्रॉफिक कारक विकास, उत्तरजीविता, विकास और शाखाओं को प्रभावित कर सकते हैं। न्यूरोट्रोफिन में तंत्रिका विकास कारक (एन. जी. एफ.), मस्तिष्क व्युत्पन्न न्यूरोट्रॉफिक कारक (बी. डी. एन. एफ.), न्यूरोट्रोफिन-3 (एन. टी.-3) और न्यूरोट्रोफिन-4/5 (एन. टी.-4/5) शामिल हैं। अन्य कारक हैं सिलियरी न्यूरोट्रॉफिक कारक (सी. एन. टी. एफ.), ग्लियल सेल लाइन-व्युत्पन्न विकास कारक (जी. डी. एन. एफ.) और अम्लीय और बुनियादी फाइब्रोब्लास्ट विकास कारक (ए. एफ. जी. एफ., बी. एफ. जी. एफ.) जो तंत्रिका प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला को बढ़ावा देते हैं। (श्मिट एंड लीच 2003) फाइब्रोनेक्टिन को चूहों में टी. बी. आई. के बाद तंत्रिका पुनर्जनन का समर्थन करने के लिए भी दिखाया गया है (टेट एट अल। 2002)। अन्य उपचार पुनर्जनन से जुड़े जीन (आर. ए. जी.), न्यूरोनल साइटोस्केलेटल घटकों और एंटीआपोप्टोसिस कारकों को विनियमित करके तंत्रिकाओं के पुनर्जनन पर विचार कर रहे हैं। आरएजी में जीएपी-43 और कैप-23, एल1 परिवार, एनसीएएम और एन-कैडेरिन (श्मिट एंड लीच 2003) जैसे आसंजन अणु शामिल हैं। ग्लियल निशान के कारण सी. एन. एस. में अवरोधक जैव अणुओं को अवरुद्ध करने की भी क्षमता है। वर्तमान में अध्ययन किए जा रहे कुछ उपचारों में चॉन्ड्रोइटिनिज़ एबीसी और ब्लॉकिंग एन. जी. आर., ए. डी. पी.-राइबोज़ (श्मिट एंड लीच 2003) शामिल हैं। वितरण तकनीक वितरण उपकरण जैव-संगत और विवो में स्थिर होने चाहिए। कुछ उदाहरणों में परासरण पंप, सिलिकॉन जलाशय, बहुलक मैट्रिक्स और सूक्ष्म गोले शामिल हैं। विकास कारकों का दीर्घकालिक उत्पादन प्रदान करने के लिए जीन चिकित्सा तकनीकों का भी अध्ययन किया गया है और इसे लाइपोप्लेक्स जैसे वायरल या गैर-वायरल वैक्टरों के साथ वितरित किया जा सकता है। कोशिकाएं ईसीएम घटकों, न्यूरोट्रॉफिक कारकों और कोशिका आसंजन अणुओं के लिए भी प्रभावी वितरण वाहन हैं। ओ. ई. सी. और स्टेम कोशिकाओं के साथ-साथ आनुवंशिक रूप से संशोधित कोशिकाओं का उपयोग तंत्रिका पुनर्जनन (लाप्लाका एट अल) का समर्थन करने के लिए प्रत्यारोपण के रूप में किया गया है। 2005, श्मिट एंड लीच 2003, टेट एट अल। 2002)। उन्नत उपचार जटिल मार्गदर्शन चैनलों और कई उत्तेजनाओं को जोड़ते हैं जो आंतरिक संरचनाओं पर ध्यान केंद्रित करते हैं जो अनुदैर्ध्य रूप से संरेखित तंतुओं या चैनलों के आंतरिक मैट्रिक्स वाले तंत्रिका वास्तुकला की नकल करते हैं। इन संरचनाओं के निर्माण में कई तकनीकों का उपयोग किया जा सकता हैः चुंबकीय बहुलक फाइबर संरेखण, इंजेक्शन मोल्डिंग, चरण पृथक्करण, ठोस मुक्त-रूप निर्माण, और स्याही जेट बहुलक मुद्रण (श्मिट और लीच 2003)। तंत्रिका संवर्द्धन मानव तंत्रिका प्रणालियों का संवर्द्धन, या इंजीनियरिंग तकनीकों का उपयोग करके मानव संवर्द्धन तंत्रिका अभियांत्रिकी का एक और संभावित अनुप्रयोग है। गहरी मस्तिष्क उत्तेजना को पहले से ही स्मृति स्मृति को बढ़ाने के लिए दिखाया गया है जैसा कि वर्तमान में तंत्रिका संबंधी विकारों के लिए इस उपचार का उपयोग करने वाले रोगियों द्वारा उल्लेख किया गया है। मस्तिष्क उत्तेजना तकनीकों को भावनाओं और व्यक्तित्वों को मूर्त रूप देने के साथ-साथ प्रेरणा बढ़ाने, अवरोधों को कम करने आदि में सक्षम होने के लिए अभिनिर्धारित किया जाता है। व्यक्ति द्वारा अनुरोध के अनुसार। इस तरह के मानव संवर्धन के साथ नैतिक मुद्दे प्रश्नों का एक नया समूह है जिससे तंत्रिका इंजीनियरों को इन अध्ययनों के विकास के साथ जूझना पड़ता है। ब्रेन-कंप्यूटर इंटरफेस ब्रेन-रीडिंग साइबरनेटिक्स साइबरवेयर एक्सपीरियंस मशीन न्यूरोप्रोस्थेटिक्स न्यूरोसिक्योरिटी न्यूरोटेक्नोलॉजी प्रोस्थेटिक न्यूरोनल मेमोरी सिलिकॉन चिप्स संवेदी प्रतिस्थापन सिम्युलेटेड रियलिटी वायरहेड (विज्ञान कथा) संदर्भ एडवर्ड्स डी. एच. भी देखें। 2010. न्यूरोमैकेनिकल अनुकरण। फ्रंट बिहेव न्यूरोसी 4 एलियासमिथ सी, एंडरसन सीएच। 2003 में। न्यूरल इंजीनियरिंगः न्यूरोबायोलॉजिकल सिस्टम में गणना, प्रतिनिधित्व और गतिशीलता। कैम्ब्रिज, मास। : एमआईटी प्रेस। xii, 356 पी. पी. उन्होंने बी. 2005 में। न्यूरल इंजीनियरिंग। न्यूयॉर्कः क्लूवर एकेडेमिक/प्लेनम। xv, 488 p. pp. न्यूरल इंजीनियरिंग 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