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Accès ouvert déclaré 2024 preprint

Closed-Loop Deep Brain Stimulation with Reinforcement Learning and Neural Simulation

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9Institutions déclarées
3Pays d’affiliation déclarés

Rattachement africain : jp, tw, us. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Objective: Deep Brain Stimulation (DBS) is effective for movement disorders, particularly Parkinson's disease (PD). However, a closed-loop DBS system using reinforcement learning (RL) for automatic parameter tuning, offering enhanced energy efficiency and the effect of thalamus restoration, is yet to be developed for clinical and commercial applications. Methods: In this research, we instantiate a basal ganglia-thalamic (BGT) model and design it as an interactive environment suitable for RL models. Four finely tuned RL agents based on different frameworks, namely Soft Actor-Critic (SAC), Twin Delayed Deep Deterministic Policy Gradient (TD3), Proximal Policy Optimization (PPO), and Advantage Actor-Critic (A2C), are established for further comparison. Results: Within the implemented RL architectures, the optimized TD3 demonstrates a significant 67% reduction in average power dissipation when compared to the open-loop system while preserving the normal response of the simulated BGT circuitry. As a result, our method mitigates thalamic error responses under pathological conditions and prevents overstimulation. Significance: In summary, this study introduces a novel approach to implementing an adaptive parameter-tuning closed-loop DBS system. Leveraging the advantages of TD3, our proposed approach holds significant promise for advancing the integration of RL applications into DBS systems, ultimately optimizing therapeutic effects in future clinical trials.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Closed-Loop Deep Brain Stimulation with Reinforcement Learning and Neural Simulation
Date Crossref
29/01/2024
Éditeur
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
Type
posted-content

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

Les sujets associés

Neurological disorders and treatmentsEEG and Brain-Computer InterfacesNeuroscience and Neural Engineering

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