Transcranial magnetic stimulation devices has been used mainly for diagnostic purposes by measuring the functions of the nervous system rather than for treatment purposes, and has a problem of considerable energy fluctuations per repeated pulse. The majority of strokes are caused by ischemia and result in brain tissue damage, leading to problems of the central nervous system including hemiparesis, dysfunction of language and consciousness, and dysfunction of perception. Control is difficult and the size is large due to the difficulty of digitalizing the energy stored in a capacitor, and there are many heavy devices. In addition, there are many constraints when it is used for a range of purposes such as head and neck diagnosis, treatment and rehabilitation of nerve palsy, muscle strengthening, treatment of urinary incontinence etc. Output stabilization and minimization of the energy variation rate are required as the level of the transcranial magnetic stimulation device is dramatically improved and the demand for therapeutic purposes increases. This study developed a compact, low cost transcranial magnetic stimulation device with minimal energy variation of a high repeated pulse and output stabilization using a real time capacitor charge discharge voltage. Ischemia was induced in male SD rats by closing off the common carotid artery for 5 minutes, after which the blood was re-perfused. In the cerebrum, the number of PARP reactive cells after 24 hours significantly decreased (p < 0.05) in the TMS group compared to the GI group. As a result, TMS showed the greatest effect on necrosis-related PARP immuno-reactive cells 24 hours after ischemia, indicating necrosis inhibition, blocking of neural cell death, and protection of neural cells.
Kim, Min Sun;Koo, Ho;Choi, Myung Ae;Moon, Se Jin;Yang, Seung Bum;Kim, Jae-Hyo
Korean Journal of Acupuncture
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v.35
no.4
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pp.187-202
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2018
Objectives : Non-invasive transcranial electrical stimulation is one of therapeutic interventions to change in neural excitability of the cortex. Transcranial electro-acupuncture (TEA) can modulate brain functions through changes in cortical excitability as a model of non-invasive transcranial electrical stimulation. Some composites of fermented Scutellaria baicalenis (FSB) can activate intercellular signaling pathways for activation of brain-derived neurotrophic factor that is critical for formation of neural plasticity in stroke patients. This study was aimed at evaluation of combinatory treatment of TEA and FSB on behavior recovery and cortical neural excitability in rodent focal stroke model. Methods : Focal ischemic stroke was induced by photothrombotic injury to the motor cortex of adult rats. Application of TEA with 20 Hz and $200{\mu}A$ in combination with daily oral treatment of FBS was given to stroke animals for 3 weeks. Motor recovery was evaluated by rotating bean test and ladder working test. Electrical activity of cortical pyramidal neurons of stroke model was evaluated by using multi-channel extracellular recording technique and thallium autometallography. Results : Compared with control stroke group who did not receive any treatment, Combination of TEA and FSB treatment resulted in more rapid recovery of forelimb movement following focal stroke. This combination treatment also elicited increase in spontaneous firing rate of putative pyramidal neurons. Furthermore expression of metabolic marker for neural excitability was upregulated in peri-infract area under thallium autometallography. Conclusions : These results suggest that combination treatment of TEA and FSB can be a possible remedy for motor recovery in focal stroke.
Ryu, Sang Baek;Bae, Eun Kyung;Kim, Jinhyung;Hwang, Yong Sup;Im, Changkyun;Chang, Jin Woo;Shin, Hyung-Cheul;Kim, Kyung Hwan
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.17
no.4
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pp.299-306
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2013
Deep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus (STN) has been widely used as a treatment for the movement disturbances caused by Parkinson's disease (PD). Despite successful application of DBS, its mechanism of therapeutic effect is not clearly understood. Because PD results from the degeneration of dopamine neurons that affect the basal ganglia (BG) network, investigation of neuronal responses of BG neurons during STN DBS can provide informative insights for the understanding of the mechanism of therapeutic effect. However, it is difficult to observe neuronal activity during DBS because of large stimulation artifacts. Here, we report the observation of neuronal activities of the globus pallidus (GP) in normal and PD model rats during electrical stimulation of the STN. A custom artifact removal technique was devised to enable monitoring of neural activity during stimulation. We investigated how GP neurons responded to STN stimulation at various stimulation frequencies (10, 50, 90 and 130 Hz). It was observed that activities of GP neurons were modulated by stimulation frequency of the STN and significantly inhibited by high frequency stimulation above 50 Hz. These findings suggest that GP neuronal activity is effectively modulated by STN stimulation and strongly dependent on the frequency of stimulation.
Park, Byeonggyu;Yun, Tae-Gwon;Lee, Kyongsu;Kang, Jin-Ku
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.17
no.1
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pp.120-128
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2017
This paper describes a neural stimulation system that employs an inductive coupling link to transfer power and data wirelessly. For the reliable data and power delivery, a self-referenced amplitude-shift keying (ASK) demodulator and a wide-range voltage regulator are suggested and implemented in the proposed stimulator system. The prototype fabricated in 0.35 um BCD process successfully transferred 1.2 Kbps data bi-directionally while supplying 4.5 mW power to internal MCU and stimulation block.
Electrical stimulation is delivered to auditory nerve (AN) through the electrodes in cochlear implant system. Neurogram is a spectrogram that includes information of neural response to electrical stimulation. We hypothesized that the similarity between a neurogram and an input-sound spectrogram could show how well a cochlear implant system works. In this study, we evaluated electrical stimulus configuration of CIS strategy using the computational model. The computational model includes stochastic property and anatomical features of cat auditory nerve fiber. To evaluate similarity between a neurogram and an input-sound spectrogram, we calculated Structural Similarity Index (SSIM). The results show that the dynamic range and the stimulation rate per channel influenced SSIM. Finally, we suggested the optimal configuration within the given stimulus CIS. We expect that the results and the evaluating procedure could be employed to improve the performance of a cochlear implant system.
Han, H.S.;Jeon, H.J.;Hwang, S.Y.;Lee, Y.N.;Byun, K.M.;Jun, S.B.;Kim, T.S.
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.34
no.4
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pp.177-181
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2013
It is known that ultrasound affects action potentials in neurons, but the underlying principles of ultrasonic neural stimulation are not clearly elucidated yet. In this study, we measured the action potentials of rat hippocampal neurons cultured on multi-electrode arrays during ultrasound stimulation. From most of electrodes, it was observed that the ultrasound stimulation increased the frequencies of action potentials (i.e., spikes) during ultrasound stimulation.
For the reliable transmission of meaningful visual information using prosthetic electrical stimulation, it is required to develop an effective stimulation strategy for the generation of electrical pulse trains based on input visual information. The characteristics of neuronal activities of retinal ganglion cells (RGCs) evoked by electrical stimulation should be understood for this purpose. In this study, for the development of an optimal stimulation strategy for visual prosthesis, we analyzed the neuronal responses of RGCs in rd1 mouse, photoreceptor-degenerated retina of animal model of retinal diseases (retinitis pigmentosa). Based on the in-vitro model of epiretinal prosthesis which consists of planar multielectrode array (MEA) and retinal patch, we recorded and analyzed multiunit RGC activities evoked by amplitude-modulated electrical pulse trains. Two modes of responses were observed. Short-latency responses occurring at 3 ms after the stimulation were estimated to be from direct stimulation of RGCs. Long-latency responses were also observed mainly at 2 - 100 ms after stimulation and showed rhythmic firing with same frequency as the oscillatory background field potential. The long-latency responses could be modulated by pulse amplitude and duration. From the results, we expect that optimal stimulation conditions such as pulse amplitude and pulse duration can be determined for the successful transmission of visual information by electrical stimulation.
To assess the role of $\alpha_{1G}$ T-type $Ca^{2+}$ channels in neuropathic pain after L5 spinal nerve ligation, we examined behavioral pain susceptibility in mice lacking $Ca_{V}3.1$ (${\alpha}_{1G}{^{-/-}}$), the gene encoding the pore-forming units of these channels. Reduced spontaneous pain responses and an increased threshold for paw withdrawal in response to mechanical stimulation were observed in these mice. The ${{\alpha}_{1G}}^{-/-}$ mice also showed attenuated thermal hyperalgesia in response to both low-(IR30) and high-intensity (IR60) infrared stimulation. Our results reveal the importance of ${\alpha}_{1G}$ T-type $Ca^{2+}$ channels in the development of neuropathic pain, and suggest that selective modulation of ${\alpha}_{1G}$ subtype channels may provide a novel approach to the treatment of allodynia and hyperalgesia.
Proceedings of the Korean Society for Cognitive Science Conference
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2010.05a
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pp.48-54
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2010
INTRODUCTION Interaction between temporal events at the millisecond level is important for visual and tactile interaction. OBJECT The aim of the present study is to identify any neural signature, as reflected in event-related potentials (ERP), for the integrative processes when the two sensory modalities are stimulated in synchrony as opposed to when they are stimulated separately. METHOD The basic strategy was to compare ERP signals obtained with simultaneous visual and tactile stimulation with a linear summation of ERP patterns obtained with each modality stimulated separately. Condition were presented, paired with various stimulus-onset-asynchronies (SOA) ranging from - 300 ms (tactile-first) to 300 ms (visual-first), and in trials where only one modality was stimulated alone. RESULT A positive deviation was located in observed ERP at C4 electrode (contralateral to the stimulated hand) at 200-400 ms, in comparison to the predicted ERP. The deviation was present at all SOAs other than -300ms (tactile-first) and 300 ms (visual-first). There was also a positive deviation at occipital leads at the 50-ms SOA (visual-first) trials. DISCUSSION It suggested that neural signatures of cross-modal integration occur within a limited time-window. The deviations were specifically localized at the contralateral somatosensory and visual cortices, indicating that the integration happens at or before the level of the primary cortices.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.13
no.1
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pp.79-86
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2013
We describe a neural stimulator front-end with arbitrary stimulation waveform generator and adaptive supply regulator (ASR) for visual prosthesis. Each pixel circuit generates arbitrary current waveform with 5 bit programmable amplitude. The ASR provides the internal supply voltage regulated to the minimum required voltage for stimulation. The prototype is implemented in $0.35{\mu}m$ CMOS with HV option and occupies $2.94mm^2$ including I/Os.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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