• Progress in Medical Physics
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• v.21 no.2
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• pp.209-217
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• 2010

Retinal prostheses are being developed to restore vision for the blind with retinal diseases such as retinitis pigmentosa (RP) or age-related macular degeneration (AMD). Since retinal prostheses depend upon electrical stimulation to control neural activity, optimal stimulation parameters for successful encoding of visual information are one of the most important requirements to enable visual perception. Therefore, in this paper, we focused on retinal ganglion cell (RGC) responses to different voltage stimulation parameters and compared threshold charge densities in normal and rd1 mice. For this purpose, we used in vitro preparation for the retina of normal and rd1 mice on micro-electrode arrays. When the neural network of rd1 mouse retinas is stimulated with voltage-controlled pulses, RGCs in degenerated retina also respond to voltage amplitude or voltage duration modulation as well in wild-type RGCs. But the temporal pattern of RGCs response is very different; in wild-type RGCs, single peak within 100 ms appears while in RGCs in degenerated retina multiple peaks (~4 peaks) with ~10 Hz rhythm within 400 ms appear. The thresholds for electrical activation of RGCs are overall more elevated in rd1 mouse retinas compared to wild-type mouse retinas: The thresholds for activation of RGCs in rd1 mouse retinas were on average two times higher ($70.50{\sim}99.87\;{\mu}C/cm^2$ vs. $37.23{\sim}61.65\;{\mu}C/cm^2$) in the experiment of voltage amplitude modulation and five times higher ($120.5{\sim}170.6\;{\mu}C/cm^2$ vs. $22.69{\sim}37.57\;{\mu}C/cm^2$) in the experiment of voltage duration modulation than those in wild-type mouse retinas. This is compatible with the findings from human studies that the currents required for evoking visual percepts in RP patients is much higher than those needed in healthy individuals. These results will be used as a guideline for optimal stimulation parameters for upcoming Korean-type retinal prosthesis.

• Physical Therapy Korea
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• v.9 no.4
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• pp.69-76
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• 2002

본 연구에서는 상부 승모근의 근막통증(myofascial pain syndrome; MPS)를 대상으로 이완상태에서 근 활성도를 측정해보고, 통증을 감소시키는 데 주로 이용되는 경피신경자극 치료 후 근 활성도에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 실시하였다. 본 연구의 대상자는 근막 통증으로 진단을 받은 총 10명을 대상으로 실시하였다. 주관적 시각 척도(visual analogue scale; VAS)와 압통 역치 측정계(pressure threshold meter)를 이용하여 경피신경자극 전, 후 통증의 정도를 평가하였고, 표면 근전도를 이용하여 이완시 근 활성도를 측정하였다. 치료 기구는 경피신경자극기(TENS: HAT-2000)를 이용하였다. 치료 전과 비교하여 VAS는 통증이 심한 쪽과 약한 쪽 모두에서 유의하게 감소하였으며(p<.05), 압통 역치는 통증이 심한 쪽과 약한 쪽 모두에서 유의한 차이가 없었고(p>.05), 근 활성도는 통증이 심한 쪽에서 유의하게 감소하였다(p<.05).

• The Korean Journal of Physiology
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• v.4 no.2
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• pp.83-89
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• 1970

전기적 자극법은 심맥관계기능의 신경성조절을 이해하기위해 널리 이용되는 방법이며, 일반적으로 중추신경에는 고빈도, 말초신경에서는 저빈도 자극에 의해 최대반응이 유발된다고 알려지고 있으며, 이는 흥분파의 민도가 말초로 내려오며 감소되기 때물이라 해석되고 있다. 또한편 신경계의 어떤 단위위에서건 자극민도가 어느 한계를 넘으면 유발된 반응은 유지되지를 못하고 감쇠소실되는 것으로 이는 주로 시납스간 흥분파전달능 부전에 기인될 것이라고 믿어지고있다. 그러나 고위주추계와 말초를 연결하고 있는 척수에 있어서는 아직 최적전기적 자극조건도 분명히 알려져 있지 않을 뿐 아니라 이 부위에서도 고빈도자극시에 반응이 어느 정도 감쇠하는지에 대한 보고가 없기에 이를 추구코자 저자는 고양이의 상부경수를 면수와 연결부에서 완전 절단하기 전후 여러가지 자극조건으로 자극하여 몇 가지 결론을 얻었기에 보고하는 바이다. 1) 연수와 연결부에서 완전절단을 하기 전에는 경수$(C_1{\sim}C_2)$의 백질, 회백질의 여러부위에서 심맥관반응이 유발되었으나 절단후에는 백질중의 만두부위(좌 $2{\sim}3\;mm$, 배면으로 부터 $0.3{\sim}1.0\;mm$및 $2.5{\sim}3.5\;mm$)에만 반응이 유발되었으며, 이 두 부위는 심맥관계기능을 지배조절하는 원심성 섬유의 통로라고 사료되었다. 2) 최대반응은 자극조건(빈도 자극파지속시간 강도) 100/sec-1 mesc-3V 및 20/sec-3 msec-3V에서. 최장지속반응은 20/sec-3msec에서 유발되었으므로, 후자가 척수부에 있어 심맥관계반응을 유발키 위한 최적자극조건으로 생각된다. 3) 자극면도 20/sec 이하에서 반응유지가 잘된다는 결과는 생리적 조건하에서 척수를 통과하는 흥분파의 빈도가 20/sec를 넘지 않을 것이란 것을 시사한다. 4) 반응지속정도는 최초의 최대반응의 반으로 감쇠되기까지 소요되는시간 즉 50% 반응감쇠시간으로 표시하였으며, 척수에서는 대뇌피질 및 간뇌에서보다 심맥관계반응의 50%반응감쇠시간이 현저히 긴 것을 알 수 있었다.

• Progress in Medical Physics
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• v.19 no.1
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• pp.73-79
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• 2008

Retinal prosthesis is regarded as the most feasible method for the blind caused by retinal diseases such as retinitis pigmentosa (RP) or age related macular degeneration (AMD). Recently Korean consortium launched for developing retinal prosthesis. One of the prerequisites for the success of retinal prosthesis is the optimization of the electrical stimuli applied through the prosthesis. Since electrical characteristics of degenerate retina are expected to differ from those of normal retina, we performed voltage stimulation experiment both in normal and degenerate retina to provide a guideline for the optimization of electrical stimulation for the upcoming prosthesis. After isolation of retina, retinal patch was attached with the ganglion cell side facing the surface of microelectrode arrays (MEA). $8{\times}8$ grid layout MEA (electrode diameter: $30{\mu}m$, electrode spacing: $200{\mu}m$, and impedance: $50k{\Omega}$ at 1 kHz) was used to record in-vitro retinal ganglion cell activity. Mono-polar electrical stimulation was applied through one of the 60 MEA channel, and the remaining channels were used for recording. The electrical stimulus was a constant voltage, charge-balanced biphasic, anodic-first square wave pulse without interphase delay, and 50 trains of pulse was applied with a period of 2 sec. Different electrical stimuli were applied. First, pulse amplitude was varied (voltage: $0.5{\sim}3.0V$). Second, pulse duration was varied $(100{\sim}1,200{\mu}s)$. Evoked responses were analyzed by PSTH from averaged data with 50 trials. Charge density was calculated with Ohm's and Coulomb's law. In normal retina, by varying the pulse amplitude from 0.5 to 3V with fixed duration of $500{\mu}s$, the threshold level for reliable ganglion cell response was found at 1.5V. The calculated threshold of charge density was $2.123mC/cm^2$. By varying the pulse duration from 100 to $1,200{\mu}s$ with fixed amplitude of 2V, the threshold level was found at $300{\mu}s$. The calculated threhold of charge density was $1.698mC/cm^2$. Even after the block of ON-pathway with L-(1)-2-amino-4-phosphonobutyric acid (APB), electrical stimulus evoked ganglion cell activities. In this APB-induced degenerate retina, by varying the pulse duration from 100 to $1200{\mu}s$ with fixed voltage of 2 V, the threshold level was found at $300{\mu}s$, which is the same with normal retina. More experiment with APB-induced degenerate retina is needed to make a clear comparison of threshold of charge density between normal and degenerate retina.

• Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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• 1992.05a
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• pp.29-29
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• 1992

척수에서의 통각전달은 말초에서 전달되는 통각정보가 척수내의 척수세포에 전달되면서 시작된다. 척수에 전달된 유해자극 정보는 척수내의 이차감각세포를 통하여 시상으로 전달되고 이로 인해 통증을 느끼게 된다. 이러한 척수내의 세포는 연수등의 여러 부위에 존재하는 신경 세포에 의하여 억제를 받으며 이와 같은 하향성 억제는 뇌에 존재하는 내재진 통계를 설명하는 중요한 인자가 되고 있다. 본 실험은 하부연수에 위치하는 신경핵인 Lateral reticular nucleus가 이러한 하향성 억제를 가졌는가를 알아 보고자 하였다. 이를 위하여 고양이를 마취시키고 척수궁을 절제하여 척수를 노출시키고 미세전극을 꽂아 척수세포의 활성을 기록하였다. 여덟마리의 고양이에서 31개의 척수세포를 기록하였다. 이 세포들 중 WDR세포가 14 (45%), HT가 9 (29%), LT 및 Deep세포가 각각 4 (13%)가 되었다. 이 척수세포에 북외측하부 연수인 lateral reticualr nucleus 주위를 건기자극하면 21개 (68%)의 세포가활성의 억제를 받았고 9개의 (29%) 세포는 아무런 변화가 없었고 1개의 (3%) 세포는 흥분되었다. 전기의 자극은 강도 100$\mu$A이며 자극길이는 100$\mu$S 그리고 100Hz의 주파수를 가진 펄스파였다. 이와같은 북외측하부연수의 전기자국은 신경세포의 자발활성뿐 아니라 수용장 자극에 의한 반응도 억제하였다.

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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• v.53 no.7
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• pp.110-120
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• 2016

A power-efficient neuromodulator is needed for implantable systems. In spite of their stimulation signal's simplicity of wave shape and waiting time of MCU(micro controller unit) much longer than execution time, there is no consideration for low-power design. In this paper, we propose a novel of low-power algorithm based on the characteristics of stimulation signals. Then, we designed and implement a neuromodulation software that we call NMS(neuro modulation simulation). In order to implement low-power algorithm, first, we analyze running time of every function in existing NMS. Then, we calculate execution time and waiting time for these functions. Subsequently, we estimate the transition time between active mode (AM) and low-power mode (LPM). By using these results, we redesign the architecture of NMS in the proposed low-power algorithm: a stimulation signal divided into a number of segments by using characteristics of the signal from which AM or LPM segments are defined for determining the MCU power reduces to turn off or not. Our experimental results indicate that NMS with low-power algorithm reducing current consumption of MCU by 76.31 percent compared to NMS without low-power algorithm.

• Journal of the Korean Academy of Child and Adolescent Psychiatry
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• v.14 no.1
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• pp.3-11
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• 2003

Attention-deficit/Hyperactivity disorder(ADHD) is the most common psychiatric disorder of childhood and among the most prevalent chronic health conditions affecting school-aged children. Children with ADHD experience significant functional problems, such as school difficulties, academic underachievement, troublesome interpersonal relationships with family members and peers, and low self-esteem. The most widely used pharmacological treatments for ADHD are psychostimulants, such as methylphenidate and amphetamine salts. These medications provide clinical efficacy by increasing the availability of catecholamines, primarily dopamine, in the frontal lobe of the brain. immediate-release(IR) formulations of sychostimulants were among the most effective psychotrophic medications in the psychopharmacological treatment. However, there are some limitations of IR formulations：the short half-life and duration of efficacy, which result in the need for multiple daily dosing and the poor compliance. These limitations have led to the development of once-daily, extended-release(ER) formulations of methylphenidate and amphetamine salts. However, these ER formulations may not be as immediately helpful to ADHD children due to delayed onset of action and the acute tolerance which is the failure to sustain the efficacy with the same concentration of drug as the initial stage of medication. OROS-methylphenidate(Concerta$^{\circledR}$) given once a day produces an ascending-pattern plasma drug level generated by the osmotically released, timed drug-delivery system. These new formulations of the psychostimulants have been shown to be a useful alternative to old stimulant medications through the evidence by the clinical trials.

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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• v.50 no.6
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• pp.287-293
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• 2013

Cochlear implant (CI) is an auditory prosthesis that delivers electrical stimulation via inserted electrodes into a cochlea. To evaluate CI performance, it is important to understand how auditory nerves are responded to electrical stimulations. In clinic, electrically evoked compound action potential (ECAP) is measured. In this study, we developed 3D finite element (FE) cochlear model to simulate ECAP in response to electrical stimulation. The model prododuced ECAP similar to that measured in animal experiments and clinics. This 3D FE cochlear model could be used in electrical stimulus method study to improve CI by analyzing neural responses to electrical stimulations.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 2000.10a
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• pp.245-245
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• 2000

후각기는 후각신경과 삼차신경의 기능을 객관적이고 정량적으로 검사할 수 있는 기기로, 객관적으로 인정받을 수 있는 후각기의 제작에는 많은 어려움이 있기 때문에, 현재까지 후각신경과 삼차신경의 기능을 정확하게 측정할 수 있는 방법이 없었다. 그러나, 산업이 발달하고 공해가 더욱 심해질수록 후각의 변화가 생기고, 비강 내 질환이나, 공해물질 등에 의해 삼차신경이 민감한 반응을 일으키므로, 앞으로는 이 신경들의 측정이 중요할 것으로 여겨진다. 또한 각종 산업분야에서 이제까지 사람의 미각이나 후각에 의존하여 제품을 생산해오던 방법을 변화시켜 객관적인 수치를 이용하여 제품을 생산할 수 있다. 따라서 이번 연구에서는 사람이나 동물에게 다양한 후각물질을 원하는 정확한 농도로 투여하는 기기로, 온도와 습도를 사람의 신체 조건과 동일한 공기와 혼할하여 원하는 정확한 농도(ppm)의 후각 자극을 만들어 mass flow controller와 solenoid valve를 이용하여 square-shape의 자극모양이 되도록 한 후, 피검자에게 자극하여 전기생리학적 반응을 얻는 기기를 개발하였다.

• Journal of The Korean Dental Society of Anesthesiology
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• v.8 no.1
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• pp.29-34
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• 2008

배경: 신경병증성 통증은 스테로이드, 아편유사제 등의 진통제에 잘 반응하지 않는다. 하지만 염증성 매개물질들이 신경병증성 통증의 발생에 관여한다는 보고가 있다. 특히 선택적 COX2 억제제인 celecoxib의 신경병증성 통증에 대한 효과에 관해서 상반된 연구결과가 존재한다. 본 연구는 신경병증성 통증 모델인 척추신경 결찰모델을 이용 기계적, 냉각 이질통 및 온도감각 과민현상의 발현에 celecoxib이 미치는 영향을 관찰하여 celecoxib의 항통각효과를 확인하고자 하였다. 방법: 30마리의 쥐를 이용 척추신경을 결찰하여 신경병증성 통증을 유도하였다 celecoxib (1, 10, 100, and 300 mg/kg)을 경구 투여하였고 총 30마리 중 12마리의 쥐에서 열, 기계적자극에 대해서 통각과민, 냉각자극에 의해 이질통이 발생하였다. 약물 투여 후 30, 60, 120, 180분 후 von Frey, 냉각자극검사, Hargreaves검사를 시행하여 쥐의 행동변화를 관찰하였다. 결과: 신경결찰 후 5일 후에 celecoxib의 용량에 관계없이 열, 기계적 자극에 의한 통각과민, 냉각 자극에 대한 이질통을 감소시키지 않았다(P > 0.05). 또한 celecoxib투여에 의한 장기간의 항 통각효과는 관찰되지 않았다(P > 0.05). 결론: celecoxib을 경구로 투여하였을 때 장기간 유지된 신경병증성 통증 흰쥐에서 약의 투여용량, 투여기간에 따른 항 통각작용은 관찰되지 않았다. 따라서 조직 손상후 발생된 장기간의 신경병증성 통증에 있어서 celecoxib은 효과가 없는 것으로 사료된다.