Today, I gave a lecture for the lecture series Themes in Biomedical Electronics (ET4127) on analog processing of electrophysiological signals. The lecture has been recorded by Collegerama and can be viewed here: https://collegerama.tudelft.nl/Mediasite/Play/ac76aa3b68a6404dbd92a5e862020eaf1d?catalog=528e5b24-a2fc-4def-870e-65bd84b28a8c&playFrom=12188&autoStart=true.
Enjoy!
Wouter
Posted in General
Article in The Pharmaceutical Journal, 9 DEC 2016,
Bioelectronic medicine is a new approach to treating major chronic diseases that could give doctors and patients alternatives to costly mainstream medicine and may become as commonly prescribed as chemical or biological drugs. Some researchers and pharmaceutical companies are already taking this potential new class of treatments seriously and, as promising results emerge, others are expected to follow.
Imagine a prescription from your doctor, not for tablets but for a tiny electrical device implanted on a nerve in your neck. The device will monitor and treat your condition — whether it is diabetes, asthma, hypertension or even cancer — by modulating electrical impulses.
Pharmaceutical drugs can be highly effective, but don’t work for everyone. They tend to work systemically, often causing a variety of adverse effects, and rely on patient adherence. As a result, there are still countless chronic diseases that remain untreated or poorly treated by mainstream medicine. Enter bioelectronic medicines, a new group of therapies that work by transmitting electrical impulses along nerve fibres, rather than through molecular mechanisms. Tapping into the electrical wiring of the body, bioelectronic medicines — also called electroceuticals — could transform pharmaceutical treatment of many chronic diseases, providing an alternative or adjunct to traditional chemical or biological drugs. With technical advances and burgeoning research activity, this revolutionary approach to treating disease is starting to become a reality.
…
“Drugs are based on exercising the chemical component of our nervous systems and tend to act very globally. Electroceuticals act locally,” explains Wouter Serdijn, a bioelectronics researcher at Delft University of Technology in the Netherlands and University College London. “Moreover, contrary to drugs, electroceuticals have an instantaneous effect and their effect is reversible. It takes quite some time for drugs to [exert] their beneficial effect and, as a consequence, it takes quite some time to be able to administer the right dose.”
Source: Courtesy of Wouter Serdijn
…
It’s a tall order. “The problem with nerves is that they usually are grouped in bundles and they carry information to and from the brain, from and to the organ; often to more than one organ or to more than one part of an organ,” explains Serdijn. “So stimulation and recording nerves becomes a delicate and highly selective task.”
…
Serdijn agrees: “I think pharma perceives electroceuticals as a game changer.”
[1704.08910] Energy-Efficient Low-Power Circuits for Wireless Energy and Data Transfer in IoT Sensor Nodes, paper by G. C. Martins, A. Urso, A. Mansano, Y. Liu, W. A. Serdijn
Abstract: In this paper, we present techniques and examples to reduce power consumption and increase energy efficiency of autonomous wireless sensor nodes for the Internet of Things. We focus on RF energy harvesting and data transfer, all of which have a large impact on the device cost, lifetime and functionality. We explore the co-design of antenna and electronics to increase RF-DC conversion and efficiency and to improve the performance of the LNA. A high-efficiency orthogonally switching charge pump rectifier is presented. Its measurement results are presented, along with a discussion on how to define its power conversion efficiency. To boost the rectifier output voltage, while presenting the best output load to it, a DC-DC converter with maximum power point tracking is presented. To transmit slowly-varying signals in a low-power manner, an asynchronous data converter is discussed and two modalities of data transmission are presented. The first one is a passive transmitter implementation and the second a novel low-power sub-GHz UWB transmitter.
Posted in Electronics, Energy Harvesting, General
Is het mogelijk om microchips te implanteren en daarmee beter onze bedoelingen en wensen over te brengen op een digitale “artificial intelligence layer”, geimplanteerd op onze hersenschors? Fact-check nieuws-item op NPO Radio 1 in de rubriek “Feit of Fictie?”, d. 30 maart 2017. Met bijdragen van Elon Musk, Bas Bloem en Wouter Serdijn.
Het item begint na 54 minuten.
Posted in General
Doven weer laten horen en blinden weer laten zien: het lijkt misschien een godswonder, maar in principe heb je genoeg aan een superslimme chip. Hoe dat precies werkt weet elektronicus Wouter Serdijn (TU Delft) als geen ander. Laat je rondleiden in een wereld die zich op de vierkante millimeter afspeelt en ervaar zelf hoe het klinkt om met een chip te horen.
Je lijf aansturen met behulp van bio-elektronica, dat is de tak van sport van prof. dr. Wouter Serdijn (TU Delft). Met behulp van implanteerbare chips in je lijf kun je je brein een handje helpen om losse elektronische eindjes weer goed aan elkaar te knopen. Het gevolg? Patiënten beter laten zien, horen of minder laten trillen (bij bijvoorbeeld Parkinsonpatienten).
De TU Delft inspireert je. Daagt je uit om kritisch te denken. Om creatief te zijn. Of je fascinatie voor techniek om te zetten in frisse ideeën. In elk vak, in elk project. Studeren aan de TU Delft betekent samen met anderen actief werken aan de nieuwste technologische oplossingen.
Posted in General
Image: Pradeep Rajendran and Rosemary Challis/Shivkumar Lab/UCLA
The U.S. National Institutes of Health (NIH) wants better ways to treat disease with electrical stimulation, and last week announced the recipients of more than US $20 million in funding for the field. The awards aim to improve maps of the peripheral nervous system—the body’s electrical wiring—and generate sophisticated systems that can hack into its codes.
The funding is part of a $248 million, seven-year program that the NIH Common Fund announced in 2014. Last week’s awards mark the start of the core of that program. Up to $39 million in additional awards will be announced next year. The agency will begin accepting applications for those awards by early 2017, says NIH’s Gene Civillico, who heads up the funding program, called SPARC, or Stimulating Peripheral Activity to Relieve Conditions.
Researchers have for decades been electrically stimulating the brain, the spinal cord and peripheral nerves in an attempt to alleviate ailments such as Parkinson’s disease, epilepsy, pain, and paralysis. The technique can work as well or better than drugs, leading some to dub the field “electroceuticals.” Several companies sell such devices with approval from the U.S. Food and Drug Administration (FDA).
Those tools have seen some success. In clinical studies they have been shown to reduce seizures and symptoms of rheumatoid arthritis, and help people regain bladder control and muscle mobility.
The tools on the market are surprisingly simplistic. In most systems, a pulse generator blindly sends electrical impulses along a lead to electrodes that are placed on a nerve. With enough intensity, the stimulation causes neurons to fire. Those induced impulses, called action potentials, are just like the ones produced naturally by the body. The signals travel along neural networks in different temporal patterns, communicating with the body and influencing chemical and biological processes.
The problem with current devices is that they shoot electrical impulses broadly at nerves in patterns that don’t begin to mimic the body’s natural code. It’s miraculous that the body responds at all to these crude signal patterns. And often the devices activate entire nerves, rather a subset of particular fiber groups, wasting battery power and creating side effects.
That leaves a lot of room for improvement—an exciting prospect for engineers. Many more diseases could be treated with electrical stimulation if the devices were designed more elegantly, say leaders in the field. New designs for electrodes and other tools must better interface with the body and activate nerves that are currently out of reach. And such tools must selectively activate key fibers within the nerve that perform specific functions, these leaders say.
To do that, we need a better understanding of the anatomy of neural circuits—where they are and what they do. We also need to know the precise signal patterns neural circuits use to communicate with organs. In other words, if we want to hack the system, we need maps and codes.
Those are the kinds of breakthroughs NIH Common Fund intends to stimulate with the awards. “We’re seeing a fair bit of clinical success, but with fairly primitive understanding of what the stimulation is actually doing,” says Civillico.
The awards focus on treating conditions such as heart disease, asthma and gastrointestinal disorders. The program’s leaders want researchers to focus on peripheral nerves—those that connect the brain and spinal cord with the rest of the body—because of their potential direct effects on organ systems and their accessibility. (The brain is far more complex, and harder to map.)
The Faculty of Electrical Engineering, Mathematics and Computer Science (EEMCS) is known worldwide for its high academic quality and the social relevance of its research programmes. The faculty’s excellent facilities accentuate its international position in teaching and research. Within this interdisciplinary and international setting the faculty employs more than 1100 employees, including about 400 graduate students and about 2100 students. Together they work on a broad range of technical innovations in the fields of sustainable energy, telecommunications, microelectronics, embedded systems, computer and software engineering, interactive multimedia and applied mathematics. EEMCS: Your Connection to the Future.
The Department of Microelectronics has a strong interdisciplinary research and education programme in the areas of 1. health and well-being 2. next generation wireless and sensing technology and 3. safety and security.
With 11 IEEE Fellows among the staff, an excellent microfabrication infrastructure, electrical and physical characterisation facilities, and a strong international academic and industrial network, the department provides high-level expertise in each of these areas throughout the entire system chain.
The Bioelectronics section is a relatively new section that has been created to address coherently the challenges we face in developing wearable, injectable and implantable medical devices. This group conducts research, education and valorisation in the fields of ultra low-power analog and mixed-signal circuits and systems for active wearable, implantable and injectable biomedical microsystems.
The Bioelectronics group is offering a tenure-track position at the Assistant or Associate Professor level in the field of biomedical circuits and systems. You will further develop existing research topics, such as analog and mixed-mode circuits and systems for wearable and implantable medical devices and create new topics, which may include electroceuticals. You will be involved in teaching at the BSc and MSc levels in the TU Delft’s Electrical Engineering and Biomedical Engineering programmes. Collaborative initiatives are strongly encouraged. You are expected to write research proposals for national and international funding organisations. This is a tenure-track position for a period of five years with the possibility of a permanent faculty position at the end of the contract, subject to mutual agreement.
A Tenure Track, a process leading up to a permanent appointment with the prospect of becoming an Associate or Full Professor, offers young, talented academics a clear and attractive career path. During the Tenure Track, you will have the opportunity to develop into an internationally acknowledged and recognised academic. We offer a structured career and personal development programme designed to offer individual academics as much support as possible. For more information about the Tenure Track and the personal development programme, please visit www.tudelft.nl/tenuretrack.
You must have a PhD degree in the field of biomedical circuits and systems (BioCAS) and some years of experience as a post-doc or university professor. You have an excellent academic track record, reflected by peer-reviewed journal publications, conference contributions, and international research experience. An affinity for working on the interface with other disciplines (biomedical engineering, neuroscience, electrophysiology, etc.) and with clinicians and medical researchers is preferred. You should have a demonstrated ability to initiate and direct research projects and to obtain external funding. Experience in teaching and mentoring of students is required. A teaching qualification is recommended. Demonstrated ability in written and spoken English is required.
A tenure-track position is offered for six years. Based on performance indicators agreed upon at the start of the appointment, a decision will be made by the fifth year whether to offer you a permanent faculty position.
The TU Delft offers a customisable compensation package, a discount for health insurance and sport memberships, and a monthly work costs contribution. Flexible work schedules can be arranged. An International Children’s Centre offers childcare and an international primary school. Dual Career Services offers support to accompanying partners. Salary and benefits are in accordance with the Collective Labour Agreement for Dutch Universities.
The TU Delft sets specific standards for the English competency of the teaching staff. The TU Delft offers training to improve English competency.
Inspiring, excellent education is our central aim. If you have less than five years of experience and do not yet have your teaching certificate, we allow you up to three years to obtain this.
For more information about this position, please contact Prof. Wouter Serdijn, e-mail: W.A.Serdijn@tudelft.nl. To apply, please provide a detailed CV, publication list, and a written statement on your research and teaching interests and vision along with a letter of application and the names and contact details of at least three references. Please e-mail your application by 1 December 2016 to L. M. Ophey, Hr-eemcs@tudelft.nl.
When applying for this position, please refer to vacancy number EWI2016-38.
Enquiries from agencies are not appreciated.
Elektriciteit kan bij steeds meer hersenziekten uitkomst bieden. Vooral mensen met verlamming, depressie, Parkinson en chronische pijn hebben baat bij een stroomstoot concludeert UMC Utrecht geneeskundestudent Bart Lutters op basis van zijn wetenschappelijke ontdekkingsreis naar de geneeskrachtige werking van elektriciteit op het brein.
De resultaten staan in zijn boek Vonken in de Meterkast dat deze week wordt gepresenteerd. ,,Het grote publiek heeft geen idee hoe je met een simpele stroomstoot van je klachten kan worden afgeholpen”, stelt Bart Lutters. “Patiënten hebben recht om meer over deze behandelingen te weten zodat ze een weloverwogen behandelkeuze kunnen maken.
Elektriciteit werd al eeuwen geleden, weliswaar op primitieve wijze, succesvol ingezet om hersenziektes te genezen. ,,Nu zijn deze behandelingen in een modern jasje weer terug van weggeweest, aldus Lutters. ,,Simpelweg omdat elektriciteit goed blijkt te werken”. De onderzoeksresultaten liegen er inderdaad niet om. Van elektroshocktherapie blijkt 60% van de depressieve patiënten op te knappen. Met diepe hersenstimulatie verminderen Parkinsonklachten als trillen en spierstijfheid met vijftig procent.
Maar ook veelvoorkomende vormen van hoofdpijn, rugpijn en zenuwpijn reageren goed op stroom. ,,Met de juiste dosering en timing kunnen we met elektriciteit pijn onderdrukken, blinden laten zien, doven laten horen en een groot scala aan hersenziekten behandelen”, aldus Wouter Serdijn, hoogleraar bioelelektronica aan de TU Delft.
Naast het stimuleren van de hersenen kunnen artsen ook elektrische signalen van de hersenen aflezen. Hierdoor is het mogelijk om met gedachten computers en robotarmen aan te sturen. ,,Deze brain-computerinterfaces staan nu nog in de kinderschoenen”, aldus Nick Ramsey, hoogleraar cognitieve neurowetenschappen aan het UMC Utrecht. ,,Maar zullen in de toekomst mogelijk verlamde patiënten helpen om te communiceren en bewegingen uit te voeren.”
Volgens Lutters zijn we al een heel eind op weg. Ons brein is een meterkast, en het is een kwestie van tijd voor we de elektrische eigenschappen van de hersenen zo goed doorgronden dat patiënten werkelijk van hun hersenziekten kunnen worden afgeholpen.
Posted in General
Foto en artwork: Marleen Serdijn
Regelmatig ontvang ik een noodkreet van mensen die zelf ernstig lijden aan tinnitus (oorsuizen) of iemand in de nabije omgeving hebben die lijden aan deze pijnigende aandoening. Veelal is de vraag dan of ik iets voor hen kan doen. De patiënten zelf zijn vaak ten einde raad.
Ik ben zelf geen arts, maar technisch specialist, en ik kan dus niet veel meer bieden dan een luisterend oor en advies geven over wie hen mogelijk wel zou kunnen helpen. Omdat ik daarbij vaak dezelfde dingen herhaal, dacht ik dat het goed is om een paar suggesties op deze weblog te vermelden.
Dirk de Ridder
In mijn ogen is een van de autoriteiten op het gebied van het begrijpen en behandelen van tinnitus professor Dirk de Ridder. Voorheen was Dirk verbonden aan het Universitair Ziekenhuis Antwerpen, maar sinds 2012 is hij verbonden aan de Dunedin School of Medicine, onderdeel van de Universiteit van Otago in Nieuw-Zeeland. Dirk is in mijn ogen iemand met een groot begrip van het menselijk brein, een uitstekend neurochirurg en expert op het begrijpen en behandelen van tinnitus. Zie: http://www.otago.ac.nz/dsm/people/expertise/profile/?id=1297.
Berthold Langguth
Omdat Nieuw-Zeeland nu eenmaal niet naast de deur is en ik graag mensen een bereisbaar alternatief voor zijn kennis en kunde wil aanraden, vroeg ik Dirk wie in Europa een goed aanspreekpunt zou zijn voor mensen met ernstige tinnitus. Hij raadde mij professor Berthold Langguth van de Universiteit van Regensburg in Duitsland aan. Zie: http://www.uni-regensburg.de/medizin/psychiatrie-psychotherapie/forschung/neuroplastizitaet-und-hirnstimulationsverfahren/index.html.
In Nederland kunt u eventueel terecht bij de KNO-afdeling van Maastricht UMC+: zie http://kno.mumc.nl/tinnitus.
Mijn advies aan tinnitus-patienten die ten einde raad zijn: Laat u vooral niet met een kluitje in het riet sturen of met het magere advies dat u er maar mee dient te leven. Hopelijk gebeurt dit niet bij bovenstaande mensen/groepen.
Tenslotte: tinnitus gaat meestal niet vanzelf over en het is raadzaam om ruim binnen 2 jaar na de eerste pijnlijke en aanhoudende symptomen een behandelend arts te hebben gevonden.
Ik wens u veel succes.
Wouter Serdijn
Wouter A. Serdijn, PhD, F-IEEE
Visiting Honorary Professor
University College London
Department of Electronic & Electrical Engineering
Sensors Systems and Circuits
Full Professor of Bioelectronics
Head Section Bioelectronics
Delft University of Technology
http://bioelectronics.tudelft.nl/~wout
http://bioelectronics.tudelft.nl
Posted in General, Understanding the Brain
Ons brein is een meterkast, een netwerk van kabels dat het lichaam van stroom voorziet. Soms ontstaat er kortsluiting – kabels slijten, stoppen slaan door – met hersenziekten als gevolg. Op dat moment kan elektriciteit uitkomst bieden. Depressie, Parkinson en chronische pijn; met een stroomstoot kunnen steeds meer mensen van hun klachten worden afgeholpen.
In Vonken in de meterkast laat Bart Lutters ons kennismaken met de fascinerende wereld van de neurostimulatie; van de allereerste vonk tot de nieuwste wetenschappelijke ontwikkelingen. Wie is er ooit op het idee gekomen om een patiënt onder stroom te zetten? Welke ziektes kunnen er met stroom behandeld worden? En wat doet zo’n stroomstoot eigenlijk met onze hersenen? Vonken in de meterkast gaat over elektrische vissen en op-afstand bestuurbare stieren, robotarmen en gereanimeerde ledematen, maar vooral over hoe stroom ons al duizenden jaren beter maakt.
Bart Lutters is zijn artsenopleiding aan het afronden (Selective Utrecht Medical Master) en wordt gefascineerd door alles wat met de hersenen te maken heeft. Hij heeft diverse prijzen gewonnen voor zijn onderzoek naar epilepsie en schrijft regelmatig over de geschiedenis van de geneeskunde in onder andere Brain, het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift op het gebied van de neurowetenschappen.
Vonken in de meterkast is vanaf 14 oktober verkrijgbaar in de betere boekhandel, ook online te bestellen via Bol.com.
Wouter Serdijn (hoogleraar bioelektronica aan de TU Delft) heeft middels interviews aan de inhoud van dit boek bijgedragen.