Development of an Experimental Platform to Enable Ultrasound Neuromodulation Studies
Notice bibliographique
Résumé
Focused ultrasound (FUS) neuromodulation is the delivery of concentrated mechanical energy into central nervous tissue at low intensity (a few W per cm^2; about as intense as imaging ultrasound, and not sufficiently intense to cause heating) with the goal of eliciting a functional change. It is of interest to applied and clinical scientists as a prospective non-invasive therapeutic intervention; it is also applicable to basic scientists as a tool for in vivo brain mapping. This work details the development of a device and accompanying system that enables the study of ultrasound-mediated neuromodulation in brain tissue samples in a setting with concurrent electrophysiology. We use a novel ultrasound focusing technique based on principles of acoustic reflection, and the first research chapter discusses the development and integration of this focusing technique. To develop and refine our design, I used finite-element modeling and iterative computer optimization techniques. The concordance of these in silico techniques with reality was verified with prototypes and hydrophone acoustic field measurements. Subsequently, several production-quality ultrasound units were produced to the specifications determined by modeling; these units exhibited performance improvements based on the results from testing prototypes, and they were characterized in terms of efficiency, electrical impedance, and ultrasonic pressure field shape. We used two independent methods to verify the absolute acoustic intensity output by our device: radiation-force absorber measurements in conjunction with wide-field hydrophone scans, and then later a calibrated hydrophone. The second research chapter of this manuscript describes the application of our system to neuroscientific experiments: I detail how we obtained early data pertaining to the ability of pulsed FUS to modulate field potential activity in acute animal brain slices. We observed an intensity-dependent modulation effect in a majority of slices tested (>50%, n=44); however, this effect was determined to be dominated by a confound and unlikely to be physiological. This course of study explored and evaluated a novel technique for obtaining an ultrasound focus; it also yielded a system that enables further experiments into interactions between FUS and brain tissue. This manuscript, the devices resulting from the work, and the documentation included in the appendices will enable continued investigations into ultrasound neuromodulation at the University of Calgary.
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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 | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
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 ».