قطعه نوری قابل کاشت عصبی مبتنی بر CMOS برای تحریک اپتوژنیک ثبت الکتریکی
چکیده
در این مقاله، حسگر نوری مجتمع جدیدی ارائه شده است که به‌طور همزمان برای تحریک نوری و ثبت الکتریکی در کاربردهای پروتز-عصبی اپتوژنتیک حلقه بسته استفاده می‌شود. این طرح در تکنولوژی CMOS 0.35um پیاده‌سازی شده‌است. سیستم، شامل مدارهای کنترل‌کننده تحریک‌های نوری، ثبت پتانسیل‌های میدانی محلی ؛ و تشخیص روکار می‌باشد. رابط عصبی دارای دو بخش، در جایگاه تحریک و ثبت است. هر جایگاه تحریک دارای یک نقطه اتصال برای اتصال یک میکرو-دیود نوری است تا نور به منطقه‌ی هدف در بافت مغزی ارسال گردد. هر جایگاه ثبت، به گونه‌ای طراحی شده که با الکترود بازپردازش شود تا نظارت بر فعالیت عصبی را ممکن سازد.حسگر تشخیصی داخل‌تراشه‌ای، تعبیه شده‌است تا به صورت همزمان، در حین عمل جراحی و پس از کاشت تراشه، عملکرد تشخیصی داشته باشد.
1. مقدمه
تکنیک اپتوژنتیک، ظرفیت بالایی برای ایجاد نسل بعدی دستگاه‌های پروتز عصبی دارد. این تکنیک از ژن‌درمانی برای تشخیص حساسیت سلول های عصبی به واسطه درک کانال‌های یونی حساس به نور و پمپ‌ها در غشاء سلول، استفاده می‌کند. با این‌حال، چنین مولکول‌هایی برای فعال شدن، نیاز به تابش پرتوهای شدید دارند. بنابراین برای تکمیل پروتز، نیاز به تجهیزات الکترونیک نوری(اپتوالکترونیک) مکمل است. ترکیب ژن‌درمانی و روش اپتوالکترونیک در پروتزها، می‌تواند در بینایی مصنوعی، سیستم‌های شنوایی و ضربان‌ساز مغز کاربرد داشته باشد. قبلا، ما آرایه‌های میکرو-دیود نوری را برای پروتز شبکیه طراحی کرده‌ایم و در این پژوهش، به استفاده از تکنولوژی طراحی شده برای توسعه‌ی کاشتنی‌های (ایمپلنت) مغزی علاقه‌مندیم.
Abstract
This paper presents a novel integrated optrode for simultaneous optical stimulation and electrical recording for closed-loop optogenetic neuro-prosthetic applications. The design has been implemented in a commercially available 0.35µm CMOS process. The system includes circuits for controlling the optical stimulations; recording local field potentials (LFPs); and onboard diagnostics. The neural interface has two clusters of stimulation and recording sites. Each stimulation site has a bonding point for connecting a micro light emitting diode (µLED) to deliver light to the targeted area of brain tissue. Each recording site is designed to be post-processed with electrode materials to provide monitoring of neural activity. On-chip diagnostic sensing has been included to provide real-time diagnostics for post-implantation and during normal operation.
I. INTRODUCTION
Optogenetics holds great potential to create the next generation of neuroprosthetic devices. The technique uses gene therapy to photosensitize neuron cells by expressing light sensitive ion channels and pumps on the cell surface. However, such molecules require high intensity irradiance to be activated. Thus, there is a requirement for complementary optoelectronics to complete the prosthesis. Such combined gene-therapy and optoelectronics approach to prosthetics could have applications in artificial vision, auditory systems and brain pacemakers [1- 6]. Previously, we developed CMOS driven µLED arrays for retinal prosthesis [2, 5, 7-9], and our interests in this work are utilizing our technology to develop brain implants. The key requirements include an ultra-miniature footprint, low power consumption, biocompatibility and stability.
چکیده
1. مقدمه
2. ساختار سیستمی
3. پیاده سازی مداری
الف) مدار تحریک نوری
ب) مدار حسگر تشخیصی
پ) مدار ثبت کننده پتانسیل میدانی محلی
ت) کنترل منطقی
ث) ساخت و پردازش مجدد حسگر نوری
4. نتایج
5. نتیجه گیری
Abstract
I. INTRODUCTION
II. SYSTEM ARCHITECTURE
III. CIRCUIT IMPLEMENTATION
A. Optical Stimulation Circuit
B. Diagnostic Sensing Circuit
C. LFP Recording Circuit
D. Logic Control
E. Optrode Fabrication & Post-Processing
IV. RESULTS
V. CONCLUSION
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه