研究& Innovation

博天堂现金网把前沿的脑力大脑的研究背后

在中心neuromechanics新推出的,机械工程师正在彻底改变我们如何理解和地址神经系统疾病和治疗

Students in the Kurt lab

由机械工程师创立,历史上被称为 美国第一所大学提供的机械工程学士学位博天堂平台已培养研究人员在 机械工程系 他们设计以行业解决方案和领域从铁路运输到制造到机器人技术在学校的长期历史过程中的机械问题。今年以来,随着大学的途径在该领域有史以来开展,一个新的研究中心利用其教师的专业知识,发射后进入一个新的领域的150周年:机械工程的研究,因为它适用于大脑。他们的多学科的方法开创性可能证明是推进我们的多元化的主题,从脑震荡老年痴呆症的认识。

博天堂平台最近推出了 中心neuromechanics,A首个,其独一无二的在美国的设施,以力学和工程学的基本原理也适用于理解的功能,结构和脑,脊髓的健康和周围神经系统。博天堂现金网助理教授机械工程 梅米特·库尔特 创立并担任中心主任。

“力学是力量和变形是如何相互关联的理论,它试图代表和量化这些变化在数学上解释说:”机械工程博天堂现金网助理教授 约翰内斯weickenmeier中,中心的一员。

安东尼Zaferiou,生物医学工程助理教授,提供了一个额外的观点。 “生物力学的重点是从机械角度来理解生物系统,并研究生物系统的结构与功能之间的关系。 biomechanists有些事情小如研究单个细胞,而另一些研究整个生物体。结合现场的假体,外骨骼,运动性能,辅助设备,运动,游戏,等等。因此,它是从多学科的角度也和参与一个非常不同的领域的利益。 “

中心被驱动到更好地了解大脑和神经系统力学的作用。

“有在非常小的尺度大​​量生物化工和大脑的知识:如电池,但它需要力学什么项目,我们知道这小,空间层次组织和器官的较大规模,” Weickenmeier说。 “我们知道应对力量细胞,每一个这需要通过它的机械环境知情的特殊形状的细胞。”

ESTA理解可以通知在单个脑细胞的创伤性脑损伤和神经退行性疾病的影响的影响,在研究过程中形状改变:如阿尔茨海默氏症。

机会是无穷的

新中心的neuromechanics成员均接近大脑的研究具有独特的专长和研究经验。

Kurt的迷恋脑,脑外伤,并neuromechanics其他领域的生物力学梗在斯坦福大学博士后从他的日子。

“我一直想对人体健康的研究和帮助人类更好的生活,”我说。 “在斯坦福,忽然想起这可能是有用的机械原理 脑震荡 和其他创伤性脑损伤。“因为大脑是人体最柔软的器官,当它经历了创伤,产生的变形和损坏可奇怪的。

“我想了解大脑因子效应等外部影响,如何”库尔特说,“以及如何减少一切的伤害从更好的头盔,以更好地成像跟踪颅骨内脑的运动,对治疗更好的战略。 “

还认为,在研究大脑自然的变化是如何与疾病相关显著的潜力:如阿尔茨海默氏症,帕金森病,多发性硬化和中风。

“人的大脑是一个非常动态的材料,”库尔特说。 “从婴儿期,推动在大脑皮质折叠机制。随着年龄的增长,结构的变化,我们正在学习发生,可以表明的发展变化。为我们改善我们的神经变性的机制和指导这些变化的力量的理解,五月,我们能够找到办法让这些改变生活状况的早期诊断和预后。机会是无限的。“

利用力学受益医疗

收到教职员工从美国国家科学基金会,国立卫生研究院,美国国防部和新泽西州卫生基金会的赠款近400万$应用机械工程学的原理,以生物医学领域中的四个关键领域:

计算生物力学和组织特征

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通过先进的研究现实生活中的建模和实验,该中心研究大脑和神经组织的机械性能。研究人员正在利用博天堂现金网足球队和其他运动员理解头部运动和脑震荡的生物力学,那么大脑的进行计算机模拟,以了解它是如何变形,撞击导致的机械变化作出的大脑,以及是否某些地区如何更容易比其他人产生影响。

广泛接受的技术到大脑涉及向原因戳的压痕,并观察如何机械性能变化。由于现场人脑不可用于直接推动下一般而言,人类的生活,猪,羊,以及大脑的模型,样品从尸体的大脑的团队使用磁共振。

另外,团队正在研究蛋白质的积累和脑容量造成的损失。

“允许生物力学计算模型对我开发的数学方程这种模式如何蛋白质都是传播以及如何大脑正在发生变化,” Weickenmeier说。 “有丰富的医疗成像这样的数据,作为一名工程师,我可以用工程工具来帮助找出医学界一直跟踪图像的变化之间的变化。”

通过提供工具来发现这些额外的数据和分析,通过建立的成像方法获得相信Weickenmeier,该中心将能够帮助改变这些是如何使用和方法也有助于改变人们的生活。

“由于人们可以用老年痴呆症,帕金森和相关疾病住了很长一段时间,整个家庭需要支持的人必然会这些受影响的那样好,”我说。 “寻找指标以支持早期诊断可能会救了很多钱和,,此外,压力。如果患者知道自己患有或衰弱的原因可能是帕金森氏症,或者她能有更好的宣传自己并作出决定住在哪里关于如何预见和护理的需求。它远远超出了医学纳入整个社会生活。我很自豪我们使用机械受益医疗和非常庞大的患者群“。

目前资助的项目包括开发一个系统表征和模型软,水合材料:如机器人设计和健康监测手术过程中,与提高活体组织的更精确地测量接口的机械性能的测量:脑组织支持等领域肿瘤和正常组织之间检测小肿瘤越快。

脑成像

更好地衡量运动和活人脑的其他机械性能,该小组正在开发的成像技术,以简化诊断;改善神经变性疾病的理解;监测创伤性事件或变性病变后的恢复;并减少了时间,成本和风险相关手术。

一个项目进行涉及使用动态磁共振成像(MRI)技术,以调查与I相关联的结构缺陷和脑小脑运动Chiari畸形,从症状复发头痛到瘫痪的情况。它是具有挑战性的诊断,但早期干预和治疗可以显着提高临床疗效。

生物制造和仿生学

生物制造,在其最简单的,意思是“让生活。”仿生学,首次提请公众的视线随着上世纪70年代标志性的仿生人的研究是指机械系统功能类似生命的东西。博天堂现金网中心neuromechanics带来两个专业的生活,魔术人体组织与国家的最先进的3D打印技术,分子结合,细胞和认知神经科学和发育神经生物学随着电气,机械,生物医学和材料科学与工程。由此产生的模型正在帮助神经科学的理解,并加强神经的发展,并支持新的治疗和康复战略的人患有神经系统疾病和残疾的处理。

“机械工程传统感兴趣的设计和建造的东西,”机械工程博天堂现金网说助理教授 张宗宪。 “在我们的实验室,我们正在设计和建设新的3D印刷工艺始终如一地模拟神经细胞和组织他们更紧密地模仿人体的神经反应的行为。”

一个区昌和他的团队正在研究是血脑屏障,选择性渗透屏障,毒素和药品,为更好地了解新的药物产品将如何渗透并不是所有人的大脑,但具体个人的大脑。它们合作的标准配置还随着哈肯萨克医学中心的研究和胎盘和疾病模型系统。

“我明白,我们不是在利用我们的核心竞争力在真空中,” Chang说,“而是,我们在生物学专家依托和咨询为好。”

biomechatronics

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通过,该中心neuromechanics队biomechatronics正在为患者神经系统疾病,如机器人外骨骼帮助修复中风病人,以及可穿戴设备支持诊断工作处理设备。其他的研究正在进行包括使用移动机器人和智能鞋垫帮助老年人传感器实时和社交独立。

“biomechatronics是研究的跨学科领域,汇集知识,生物,机械,电子等研究可穿戴或植入机电系统为辅助,治疗或诊断目的,说:” 达米亚诺zanotto,机械工程助理教授。 “举个例子,动力服和矫形器可以作为辅助的行动不便的引擎,或者遭遇了神经损伤的人都有加强传统康复治疗方案个人的工作。可穿戴式生物传感器可以捕捉细微的引擎行为是难以察觉那肉眼可能表明底层引擎,但干扰。“

工程最可能的结果

该中心neuromechanics还正在语音到这个新兴的研究领域。

该中心的研究小组正在提倡这两种博天堂现金网在社会各界和广大公众在力学的作用,为了解大脑。由于neuromechanics是跨学科的,该中心将汇集互补技能和擅长的领域,以支持大脑的一个非常深入的了解。

“这是一个非常新兴的领域,并以我们所知,博天堂现金网是领导在汇集教研人员来自不同的学科侧重于人的大脑,力学的方式”库尔特说。 “我们接近我们的研究从多个角度,从研发到制造到成像机械,以计算模型来描述。”

“通过观察从不同的角度,人脑这些,我们把见解,迄今已被低估,”我在三州地区继续。“随着合作,通过我们的医药学校,而且我们正在弥合差距和发现共同的语言之间,工程师和医生一起,作为科学家,我们可以对人类的生活产生直接影响。这就是让我对此感到兴奋中心。“

该中心将举行 启动仪式 和接收周一,12月9日。

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约翰内斯Weickenmeier,梅米特·库尔特,达米亚诺Zanotto,安东尼Zaferiou,张宗宪。