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ニューロンの活動状態を収集する電気・光変換チップ

 米Cornell Universityは、脳神経細胞(ニューロン)の活動状態を収集する方法として、全く新しい微細の電気・光変換電極システムチップ(MOTE:Micro-Scale Opto-Electrically Transduced Electrode)を発表した(講演番号 17.7)。これまで、ニューロン信号を外部に取り出す方法として、RFコイルを用いた無線方式等があったが、サイズや電力に大きな課題があった。今回、回路チップに光照射(550nm)により電力を供給すると、回路チップが、ニューロンの電気信号を光パルス信号(835nm)として出力する新方式を採り、サイズ、電力を大幅に削減した。

 このチップは、ニューロンの信号を捉える電極に加え、入力信号を増幅する増幅回路、入力信号電圧に応じてパルス位置変調する(PPM)エンコーダー回路、LEDを駆動するためのチャージポンプ回路、同回路への電力供給(PD動作)と信号送信(LED動作)を切り替えるLED/PD極性調整回路からなる。10kHz発振回路とパルス発生回路からなるPPMエンコーダー回路は、電極入力電圧の大きさに応じた分の時間遅れで2次ピークを出力する回路であり、入力電圧の大きさで、しきい値電圧に達するまでの時間が変化することを利用した。今回、1μW以下のチャンネル電力で、42μVrmsのノイズフロア、10kHzの帯域、24dBの利得等の特性を実現し、1チャンネル当たりの体積は0.01mm3と、従来の200分の1以下と大幅に改善した。