Kryteria Shannona
Kryteria Shannona stanowią empiryczną regułę w inżynierii neuronowej , która służy do oceny możliwości uszkodzenia tkanki nerwowej przez stymulację elektryczną .
Kryteria Shannona odnoszą się do dwóch parametrów impulsowej stymulacji elektrycznej: gęstość ładunku na fazę, D (μCoulomby/(faza•cm²)) i ładunek na fazę, Q (μCoulomby/fazę) z bezwymiarowym parametrem k:
co można zapisać alternatywnie:
Zgodnie z tymi kryteriami parametry stymulacji, które dają k ≥ 1,85 (najniższa wartość, przy której zaobserwowano uszkodzenie w dwóch badaniach, do których odwołuje się oryginalna publikacja Shannona) mogą spowodować uszkodzenie sąsiedniej tkanki nerwowej. Obecnie to prawo empiryczne jest stosowane w neuromodulacji do opracowywania implantów do korowej, ślimakowej , siatkówki i głębokiej stymulacji mózgu . Shannon kategoryzuje związek między elektrodą stymulującą a docelową tkanką nerwową jako pole bliskie, pole pośrednie lub pole dalekie i omawia, w jaki sposób można wybrać parametry równania w każdym przypadku. w przypadku stymulacji rdzenia kręgowego zastosowanie miałaby kategoria pola dalekiego.
Ograniczenia
Dane, na których zbudowano model Shannona, ograniczają się do eksperymentów przeprowadzonych na korze mózgowej kota z 7-godzinną stymulacją w lekkim znieczuleniu przy 50 pps z impulsami 400 µs (zrównoważony ładunkowo, symetryczny, dwufazowy, najpierw anodowy) przy użyciu platynowego dysku powierzchniowego elektrody o średnicy 1 mm² lub większej, zagłębione, anodowane, spiekane elektrody pastylkowe z pięciotlenku tantalu o średnicy 1 mm lub mikroelektrody penetrujące iryd o powierzchni 6500 µm². W wyniku tych ograniczonych metod Shannon stwierdza: „Bardziej wszechstronny model bezpiecznych poziomów stymulacji elektrycznej uwzględniałby również wpływ częstości tętna, czasu trwania impulsu, cyklu pracy bodźca i czasu trwania ekspozycji”. Ponadto wykazały to dalsze badania mikroelektrody nie spełniają kryterium Shannona i można zaproponować nowe podejścia w celu rozwiązania tych ograniczeń.
Dalsza lektura
- Merrill, Daniel R.; Bikson, Marom; Jefferys, John GR (luty 2005). „Elektryczna stymulacja tkanki pobudliwej: projektowanie skutecznych i bezpiecznych protokołów”. Journal of Neuroscience Methods . 141 (2): 171–198. doi : 10.1016/j.jneumeth.2004.10.020 . PMID 15661300 .
- McCreery, Douglas (2004). „Reakcja tkanek na elektrody: problem bezpiecznej i skutecznej stymulacji tkanki nerwowej”. W Horch, Kenneth W; Dhillon, Gurpreet S (red.). Neuroprotetyka . Seria poświęcona bioinżynierii i inżynierii biomedycznej. Tom. 2. s. 592–611. doi : 10.1142/9789812561763_0018 . ISBN 978-981-238-022-7 .