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Neural modulation of the primary auditory cortex by intracortical microstimulation with a bio-inspired electronic system

Autores: Bianco, Maria Giovanna; Pullano, Salvatore Andrea; Citraro, Rita; Russo, Emilio; De Sarro, Giovambattista; de Villers Sidani, Etienne; Fiorillo, Antonino S.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2020

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Acceso abierto

Artículo científico
2020

Neural modulation of the primary auditory cortex by intracortical microstimulation with a bio-inspired electronic system


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Bioingeniería

Palabras clave

Progreso
Neuroprótesis
ICMS
Corteza auditiva
Modulación neural
Estímulos eléctricos

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 27

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
En la actualidad, la mayoría del progreso en el desarrollo de neuroprótesis implantables se ha logrado mejorando el conocimiento de las funciones cerebrales para restaurar las deficiencias sensoriales. La microestimulación intracortical (ICMS) es una técnica ampliamente utilizada para investigar las respuestas corticales específicas del sitio a estímulos eléctricos. Aquí, investigamos la modulación neural inducida en la corteza auditiva primaria (A1) por una transducción acústico-eléctrica de señales ultrasónicas utilizando un microestimulador intracortical bioinspirado. El sistema electrónico desarrollado emula la transducción de señales ultrasónicas en la cóclea, proporcionando estímulos eléctricos bioinspirados. Primero, identificamos los campos receptivos en la corteza auditiva primaria dedicados a codificar ondas ultrasónicas a diferentes frecuencias, mapeando cada área con patrones neurofisiológicos. Posteriormente, se investigó la actividad provocada por ICMS bioinspirado en las áreas previamente identificadas, pasando por alto el órgano sensorial. La respuesta evocada por la microestimulación resultó altamente específica a los estímulos, y la dinámica espacio-temporal de la actividad oscilatoria neural en las ondas alfa, beta y gamma estuvo relacionada con los estímulos preferidos por las neuronas en el sitio estimulado. Las ondas alfa modularon la excitabilidad cortical solo durante la activación de las poblaciones neuronales tonotópicas específicas, inhibiendo las respuestas neuronales en áreas no relacionadas. Se observó una mayor actividad neuronal en el área posterior de A1 en la banda beta, mientras que se indujo un ritmo gamma en el área anterior de A1. Los resultados evidencian que la propuesta de ICMS acústico-eléctrico bioinspirado desencadena oscilaciones de alta frecuencia, codificando información sobre los sitios de estimulación e implicando una integración a gran escala en el cerebro.

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