一个节能且对人工制造物有弹性的ASIC,用于同时进行神经记录和光遗传刺激

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 电气工程 电气工程
• 生物医学工程 生物医学工程

背景情况:

• 光遗传刺激和神经记录是神经科学研究中的关键工具.
• 现有系统面临的挑战是,在录制过程中提供动力以进行刺激和处理文物.
• 集成电路为神经接口提供了缩小和提高性能的途径.

研究的目的:

• 开发一种特定应用的集成电路 (ASIC),用于同时进行神经记录和光遗传刺激.
• 设计一个高效的刺激驱动器和一个强大的记录前端,以克服现有的局限性.
• 为了验证ASIC在体内神经应用中的功能.

主要方法:

• 使用CMOS 180nm工艺制造ASIC.
• 实现一个电压提升的基于开关电容器的刺激 (VB-SCS) 驱动器,能够提供8mA电流脉冲.
• 将直接数字化记录前端与具有Gm-C集成器和噪声成形 (NS) SAR定量器的delta-sigma (ΔΣ) 模拟到数字转换器 (ADC) 集成.

主要成果:

• 该VB-SCS驱动器将所需的电源电压降低一半,帮助无线电源接收.
• 基于 ΔΣ ADC 的前端可以承受高达 300 mV _PP 的刺激器件.
• 记录前端实现了11.4位有效位数 (ENOB),功耗为10.8微瓦.
• 成功地在体内验证了ASIC在组装成头台时的功能.

结论:

• 开发的ASIC能够同时进行神经记录和光遗传刺激,提高效率和文物弹性.
• 集成的VB-SCS驱动程序和直接数字化前端代表了神经接口技术的重大进步.
• 这种ASIC平台对未来的神经科学研究具有前景,需要精确的神经控制和监控.