Modeling Current Sources for Neural Stimulation in COMSOL
Notice bibliographique
Résumé
Background: Computational modeling provides an important toolset for designing and analyzing neural stimulation devices to treat neurological disorders and diseases. Modeling enables efficient exploration of large parameter spaces, where preclinical and clinical studies would be infeasible. Current commercial finite element method software packages enable straightforward calculation of the potential distributions, but it is not always clear how to implement boundary conditions to appropriately represent metal stimulating electrodes. By quantifying the effects of different electrode representations on activation thresholds for model axons, we provide recommendations for accurate and efficient modeling of neural stimulating electrodes. Methods: We quantified the effects of different representations of current sources for neural stimulation in COMSOL Multiphysics for monopolar, bipolar, and multipolar electrode designs. By examining the physics of the different approaches and the resulting activation thresholds for model axons, we provide recommendations for accurate and efficient modeling of neural stimulating electrodes. Results: We recommend modeling each electrode contact as a thin platinum domain, modeling the electrode substrate with the conductivity of silicone, and either using a point current source in the center of each electrode contact or using a boundary current source. Alternatively, to avoid possible numerical instabilities associated with a large range of conductivity values (i.e., platinum and silicone) and to eliminate the small mesh elements required for thin electrode contacts, the electrode substrate can be assigned the conductivity of platinum by using insulating boundaries between the substrate and surrounding medium, and within the substrate to isolate the contacts from each other. When modeling more than one contact, we recommend using superposition by solving the model once for each contact, leaving inactive contacts floating, and superposing the resulting potentials. We computed comparable errors in activation thresholds across the different implementations in the simplified model (electrode in a homogeneous, isotropic medium), and in a realistic models of rat spinal cord stimulation and human deep brain stimulation, indicating that the recommended approaches are applicable to different stimulation targets.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,022 | 0,005 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».