帕金森病(Parkinson’s Disease, PD)患者通常会经历步态障碍，这种障碍严重影响他们的生活质量。以往的研究表明，基底神经节的β频率(15-30 Hz)振荡活动可能与步态障碍相关，但这些振荡活动在步态过程中的确切动态信息尚不清楚。此外，已有研究发现音频提示可以改善PD患者的步态运动学，如果能更好地了解这一提示的神经生理机制，则可以通过自适应深部脑刺激(ADBS)技术治疗步态障碍。因此，本研究旨在描绘步态过程中丘脑下核(subthalamic nucleus, STN)振荡活动的动态特征，并探索音频提示调节步态的神经生理机制。 来源和作者信息 本文由Chien-Hung Yeh、Yifan Xu、Wenbin Shi、James J. Fitzgerald、Alexander ...
脑皮层电刺激对动作学习的强度依赖性影响与多巴胺的关系 背景介绍 现今，非侵入性脑刺激技术如经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation, tDCS）在神经可塑性研究中被广泛应用，以调节认知和行为。然而，优化刺激协议以最大化其益处仍然是一大挑战。这需要我们更好地理解刺激如何调节大脑皮层功能及行为。尽管目前有越来越多的证据支持tDCS强度与脑兴奋性之间存在剂量反应关系，但其与行为之间的关系仍然知之甚少。更少的研究探索了可能驱动这种剂量反应关系的神经生化机制。在这项研究中，作者们研究了三种不同强度的tDCS（1 mA， 2 mA，4 mA）在动作序列学习中的效果，并评估了多巴胺在这一剂量反应关系中的作用。 研究来源 本文由Li-Ann Leow、J...
非侵入性迷走神经刺激在自发性蛛网膜下腔出血中的应用：一项随机安全性和可行性研究报告 自发性蛛网膜下腔出血（SAH）通常会伴随严重的闪电样头痛，患者通常描述为“有生以来最严重的头痛”。绝大多数患者（90%）在重症监护病房（ICU）期间持续存在严重的头痛，并且超过三分之一的患者在脑损伤后多年仍持续头痛，从而严重影响其生活质量。目前，对于这些患者的有效治疗或指南非常缺乏，对镇痛药物有效性的评估数据也很少。由于缺乏有效的疼痛管理方法，临床医生往往依赖阿片类药物来缓解疼痛，而阿片类药物的副作用和成瘾风险已成为美国阿片类药物滥用的主要原因之一。此外，阿片类药物可能对患者的神经状态产生不利影响，包括改变意识水平，这对于SAH患者来说尤其危险。因此，临床医生试图避免或尽量减少阿片类药物的使用，寻找多模式治疗...
在神经形态硬件上使用类脑计算原理的学习逆动力学 背景与研究动机 在现代机器人领域中，实现自主人工代理的低延迟神经形态处理系统具有巨大潜力。但目前硬件基础的可变性和低精度对其稳定和可靠性能的实现提出了严峻挑战。为了应对这些挑战，研究者们采用基于大脑启发的计算原理（computational primitives），如三元峰时间依赖可塑性（triplet spike-timing dependent plasticity）、基于基底神经节的去抑制机制以及合作竞争网络，并将这些技术应用于运动控制。 本研究通过展示一个使用混合信号神经形态处理器实现的硬件脉冲神经网络（spiking neural network，SNN）在线学习两关节机器人臂的逆运动学的示例，证明了这一方法的可行性。最终系统能够使用...
移动碘捕获技术助力高稳定性的钙钛矿太阳能电池 背景介绍 钙钛矿太阳能电池 (Perovskite Solar Cells, PSCs) 因其高效率和低成本而被认为是未来光伏发电的热门候选材料。然而，钙钛矿材料自身的稳定性问题，尤其是光分解（Photolysis）和离子迁移（Ion Migration），严重影响了其实际应用。具体来说，碘离子（Iodide）和碘空位（Iodine Vacancies）等缺陷在光照和偏压条件下会引发自加速的化学反应，导致钙钛矿材料快速降解。因此，寻求能够捕获和稳定碘相关缺陷的方法对提高PSCs的稳定性具有重要意义。 论文来源 本文由Xiaoxue Ren、Jifei Wang、Yun Lin、Yingwei Wang、Haipeng Xie、Han Huang、...
详解小规模磁振荡定位新方法及其在机器人技术中的应用 研究背景及动机 微型机器人在医学领域显示出了巨大的潜力，特别是在微创手术、靶向药物递送和体内传感等方面。近期，通过无线动力和驱动纳米至毫米规模机器人在生物环境中取得了显著进展。然而，这些微型机器人的实时定位，特别是在深层生物组织内的定位，仍然是一个亟待解决的技术难题。传统的医学成像技术，如磁共振成像（MRI）、计算机断层扫描（CT）和正电子发射断层扫描（PET），虽然在空间分辨率上具有优势，但由于刷新率低或放射性问题，不适合持续跟踪移动机器人。此外，现有的静态磁性定位方法，在某些场景中最高可以实现五自由度（DOF）的定位，但由于磁轴周围的旋转对称性而无法实现完整的六自由度定位。因此，开发一种能够在深层生物组织内实现微米级精度、六自由度的实时...
研究背景 胃肠疾病在全球范围内表现出广泛而复杂的症状，如腹泻、胃肠道出血、吸收不良、营养不良，甚至神经功能障碍等。这些疾病因为其显著的地区、年龄和性别差异，构成了现代社会重大健康挑战和社会经济负担，尤其是胃肠道癌症，占全球癌症发病率和死亡率的三分之一。早期筛查胃肠疾病并进行及时干预对减少死亡率和提高寿命具有重要意义。 传统的胃肠疾病筛查方法主要依赖内窥镜检查，使用嵌入摄像头的柔性内窥镜，通过天然开口检查胃肠道。然而，内窥镜检查尽管广泛应用于医院，仍存在光学传感器局限，照明条件差及胃肠道工作环境极其狭窄等问题。这些因素会导致黑暗、炫光、反射等现象，降低影像质量，甚至导致误诊。无线胶囊内窥镜因其无创图像捕获能力引起了极大兴趣。尽管如此，传统内窥镜仍然需要在胶囊内窥镜之后执行详细诊断。 在当前临床...
基于自注意机制的风险敏感机器人控制探讨 研究背景 机器人控制中的运动学和动力学是确保任务精确完成的关键因素。大多数机器人控制方案依赖于各种模型来实现任务优化、调度和优先级控制。然而，传统模型的动态特征计算通常复杂且容易产生误差。为了解决这个问题，通过机器学习以及强化学习技术来自动获取模型成为一种可行的替代方案。然而，直接应用于实际的机器人系统中，这种方法存在急剧的运动变化和非期望的行为输出的风险。 研究来源 本文由Dongwook Kim、Sudong Lee、Tae Hwa Hong和Yong-Lae Park撰写，作者分别来自首尔国立大学和洛桑联邦理工学院。该研究发表在2023年的npj Robotics杂志上。 研究内容 研究流程 本文提出了一种在线模型更新算法，直接应用于实际机器人系...
非热声子动力学与激发子凝聚态的表面敏感电子衍射探测 背景介绍 激子和声子之间的相互作用决定了光激发材料中的能量流动，并控制了相关相的出现。随着材料科学的发展，探测三维结构动力学的电子或X射线脉冲技术可以揭示电子-声子相互作用的强度、强耦合模式的衰减通道及三维有序的演变。然而，二维材料和功能异质结构的固有各向异性及其对远平面声子极化的访问需求，激发了对新技术的需求。 研究来源 本文由Felix Kurtz、Tim N. Dauwe、Sergey V. Yalunin、Gero Storeck、Jan Gerrit Horstmann、Hannes Böckmann和Claus Ropers等人撰写，来自Max Planck Institute for Multidisciplinary Sci...
研究背景 在救援任务中，为了提升搜救效率，一种新兴的解决方案是利用电子背包与昆虫的结合体——赛博昆虫（cyborg insects）。这些昆虫结合了生物与电子技术的优势，通过附加的电子背包用于通信、感应和控制。然而，附加设备会影响昆虫的平衡，尤其是在其自我摆正（self-righting）动作中。如果昆虫在执行任务时遭受摔落或意外冲击，原先的机器装置可能会导致其翻倒不能自如行动。为了应对这一挑战，本研究引入了一种仿生3D打印人工肢体，它模仿了瓢虫的自我摆正动作，提高了赛博昆虫在复杂和不可预测条件下的灵活性。 文章来源 该研究由Marc Josep Montagut Marques、Qiu Yuxuan、Hirotaka Sato和Shinjiro Umezu团队完成。作者隶属机构分别是日本早...