Neural Record için elektro Tasarımına Giriş

Beyin elektrik aktivitesinin şifrelenmesi arayışı, aynı anda binlerce nöron tasarımının geliştirilmesine yol açtı. Elektrode tasarımın optimizasyonu, biyolojik doku ve elektronik enstrümantasyon arasındaki kritik arayüz olarak hizmet ediyor ve tasarımları doğrudan aldatma, uzun süre boyunca yapılan yorumlar için stratejiler belirler ve araştırmacılar bu hızla ilerleyen alanlarda binlerce nörondan kayıt altına almayı zorlar.

Elektro Tasarımda Anahtar Faktörler

Malzeme Kompozisyon ve Biocompatability

Elektrode materyali seçimi elektrokimyasal stabilite, şarj enjeksiyon kapasitesi ve doku reaksiyonları. Metaller, özellikle de büyük bir elektrokimyasal olarak aktif yüzey alanı ve iridium oksit (IrO)2[FLT 1:0) Katı (3,4-pitoksit polimerleri) ile ilgili olarak, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükteler ile yapılır.

Biyokompatability elektrot metalinin kendisini genişletmektedir. Encapsulation katmanı -tipik olarak parylene-C, poliimide veya SU-8 – ne kadar çok epik olmayan izleri (PEG) ve iyon sızıntısını önlemek için. Herhangi bir korozyon veya delaminasyon, sinyal veya toksik ürünlere yol açabilir.

Mekanik Boyut, Şekil ve Geometri

Mikropör kayıtlarında temel olarak elektrot boyutları ile sınırlı olan küçük elektrotlar, bireysel nöronlardan sinyalleri izole edebilir, ancak aynı zamanda geometrik alan nedeniyle daha yüksek dürtüler sergilemektedir ve sinyal-noise oranını azaltır (SNR). Tipik mikroerodlectes, 10 ila 50 μm'den küçük bir süre boyunca, altüst elektrotlar üzerinde sabit diskler ile sabitlenebilir veya yeniden tanımlanırken, üst düzeye çıkarlar.

Bir Prodüksiyon üzerinde inter-electrode, komşu nöronları ayırt etme yeteneğini belirler. Imec ve Nöropis dizilerinden gelen modern yüksek çözünürlükte, 20-30 μm ile çalışır, shank için yüzlerce birim ekleyin. Ancak, bu tür yoğun paketleme teknikleri ve dikkatli ısı dağılımı yönetimi gerektirir.

Yüzeysellik ve Nano Yapı

Mekanik bir yüzey alanı, yüksek çözünürlükte veya nanoyapıların bozulması ile elde edilen nanoyapıların yüksek çözünürlükte (parçalı platinli) yüzeylere sahip olan nano-parçacıklı yüzeylerde (parçalı platinli) daha düşük bir enjeksiyon için on yıllardır kullanılan bir elektrotoksit (X) prosesleri ile sertleştirilmiş veya yüksek çözünürlükte nano-parçacıklı nanoyapılarla birlikte yapılan filmler.

Yalıtım ve Dielektrik Kaplamaları

Etkili yalıtım komşu kayıt siteleri arasındaki çapraz konuşmayı önlemek ve düşük pin deliği ve mükemmel bariyer özellikleri ile oda sıcaklığından kaçınmak için kritiktir.Infeksitoksit, silikon nitrit, ve poliimide ve parylene-C. Parylene-C özellikle caziptir, çünkü bu polimerler uzun implant süre boyunca buharlı geçiş ve mükemmel bariyerler ile ısıtılabilir.

Tasarım Optimizasyon Stratejileri

Sacrificing Çözümü olmadan Impedance Re

Elektrode imkansızlığı SNR'yi geliştirir ve ısı gürültüsü azaltır, ancak genellikle miniaturizasyon hedefi ile çatışmaları azaltır.En etkili kaplamalarla yüzey alanı geliştirmeyi birleştirir. Örneğin, 10 μm elektrot PEDOT ile kaplıdır:PSS, 1 kHz'de 10 kULLm olarak düşüklüğün içine eklenmiş bir nanoparçacık kaplama ile eklenmiş yüzeysel olarak daha küçük bir yüzeysel olarak artış sağlar.

Yabancı Vücut Yanıtını Geliştirmek ve Mitigating the Foreign Body Response

İmplantasyondan sonra, biyolojik olayların bir cascade -protein adsorpsiyon, mikroglial aktivasyon, astrosit proliferasyon - bir glial sulate, artan dürtü ve cihazın hedef nöronlardan ayrılması. Bu yanıtın en azalması uzun vadeli kayıtların gerekli. Strategies şunları içerir:

Mekanik Stabilite

Kronik implantasyon sırasında, elektrot nefes alma, kalp atış ve gönüllü hareketten mikroayak olmalıdır.Institatif silikon shanks, implantasyondan sonra çok esnek bir prototipi dağıtmaya veya "Serpentine" bir hibrit yaklaşım kullanarak dışarıya doğru bir ekin çemberi kullanarak, elektrotoksisitenin dışsal kesimdeki diğer kabloların arasındaki tırnakları önlemek için sert bir arkadan uzaklaştırmak için.

Miniaturization and Scalability

Binlerce nörondan kayıt olmak için, elektrotlar yüksek çözünürlükte ve yoğun olarak şarj edilmelidir. Photolithografik desenleme, doğrudan Prodüksiyonda bulunan CMOS elektroniklerinin entegrasyonudur (DRIE), yüksek çözünürlükte (Imec/Allen-inio shanks) Bu, amplifikasyon ile esnek diziler oluşturmak için kullanılır.

Scalability ayrıca, iletişim siteleri için toplu elektroplating ile birlikte, birkaç ticari varlık tarafından kabul edilebilir. Blackrock Neurotech. kanaldaki yanlışlıkların tekrarlanabilirliği ve feragatlerin kaliteli kontrol için temel bir ölçümdür.

Elektro Teknolojisindeki Son Yenilikler

Nanoyapılı ve 3D elektrotlar

Nanoteknolojideki ilerlemeler, hücrelere veya sinir zarlarına sıkı bir şekilde bağlı olarak elektrotlar üretmiştir.Böylece "intracellular" kayıtları, Michigan'daki karbon nanotüp (CNT) ormanlarını, sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık iriyum oksit veya PEDOT ile kaplıdır.

Başka bir yenilik, en az gliozis ile sorunsuz bir arayüz oluşturmak için ağ geçidi genişletiyor.Bu cihazlar farelerde bir yıl boyunca istikrarlı tek başına faaliyet gösteren bir arayüz oluşturuyor.

Esnek ve çizilebilir elektro Dizileri

Esnek elektronik, jimton-C ve poliditilsiloxane (PDMS) ile uyumlu bir şekilde iletişim kurma imkanına sahip olur. ilkbaharlar, kortek veya omur bandı gibi malzemeler, büyüyen beyin veya pulsatile hareketi ile genişlemeye izin verir.The "NeuroGrid" from Lieber group uses a intense array of Playlene-C.

Geliştirilmiş entegrasyon için biyoaktif kaplamalar

Aktif olarak sinir entegrasyonunu teşvik eden kaplamalar, örneğin, sinir büyüme faktörlerinin (NGFs) veya beyin-derif bir nörotrofik faktör (BDNF) ile bu faktörleri haftalar boyunca yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

Kablosuz ve Optogenetik-Compatible elektros

Tam kablosuz kayıt sistemleri ile ilgili eğilim, elektriksel uyarıları ve elektrik kaydının özgürce hareket ettirilmesine olanak sağlar. Elektrokorticografi (ECoG) renkli yüzeylerdeki tüm mikro ışık ışık ışık kaynaklı diyotları (ITO) veya grafiksel uyarı ve elektrik kayıtlarının, iki fotonlu kalsiyum görüntülemenin doğrudan fotoğraflı görüntülemenin önbelleklimesine izin verir.

Future Yol ve Challenges

Onboard Processing ile Ultra Yüksek Konsiyon

Bir sonraki sinir kayıt cihazları on binlerce kayıt kanalını hedefleyecek.Bu tür sistemlerde, geleneksel teller ve kapalı-çiçek işleme pratikleri, entegre analog-enerji-dönüşümlü dönüştürücüler ile pratik hale gelebilir, veri iletimi için gerekli olan genişliği azaltır (örneğin, bu sistemler için gereken yüksek çözünürlükte 2.0)

Kendini temiz ve bencil -Oaling elektros

Biyofouling ve malzeme bozulması, UV'nin altında, düşük seviyeli elektrokimyasal pulsları, hasar vermeden yerel olarak açık biyofilm oluşumuna dayalı olarak, "Bencil" elastomerik substratlar, yüksek çözünürlükte mikro-kökezleyerek elektriksel sürekliliği geri getirebilir.

Kapalı-Loop ve Tedavi Sistemleri ile entegrasyon

Yüksek çözünürlüklü kayıt elektrotları kapalı-loop nöromodülasyon cihazları için önemlidir, örneğin, tespit edilen sinir imzalarına dayanan uyarı parametreleri adapte eden derin beyin stimulatörler. Geleceğin biyoyöneticileri içeren tasarım - eşzamanlı kayıt ve uyarıların yetersiz - entegre mikrofloresle ilgili dikkatli dengelemeler ile ilgili olarak) gerçek zamanlı olarak, epilepsi veya depresyon gibi koşullara uygun şekilde tedavi edilebilir.

Rodents'ten İnsanlara Translating

Çoğu yenilik, çubuklarda test edilirken, insan uygulamalarına dönüştürmek, ek kısıtlamalar getirir: Boyut sınırlamaları (insan kafa kafa karıştırıcısı ve beyni çok daha büyük), sterilizasyon gereksinimleri, daha uzun implant süresi (decades), ve düzenleyici engeller (FDA Sınıfı III).İnsan-grad elektrotlar, kronik implantlar için doğrulayıcılar ve Neuralinkler için son derece hızlı bir şekilde implantasyonlar kullanarak uzun süreli çalışmalarını tedavi etmek için çok daha hızlı bir şekilde tedavi etmek için yol açmanın yolunu açmalı, uzun süreli klinik uygulamalarla ilgili uzun süreli çalışmalardan yararlanmalıdır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek çözünürlüklü sinir kaydı için elektrot tasarımı, çok boyutlu bir problemdir ki, malzemeler bilimi, elektrik mühendisliği, nörobilim ve üretim.Muhteme materyalleri dikkatle seçerek, terzibiliteyi artırmak ve gelişmiş elektronikleri entegre etmek, araştırmacılar, daha yüksek kanalize etmek için olağanüstü bir stridesler ve implantlar hazırlamak. Esnek kaplamalar, nanoyapıt kaplamalar ve CMOS tabanlı problar, yüksek dozda binlerce nörolojik olmayan teknolojilere olanak sağlar.