記錄神經(jīng)細(xì)胞信號(hào)的集成微電極陣列系統(tǒng)設(shè)計(jì)①

袁 豐 王志功 徐 躍

(*東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院射頻與光電集成電路研究所 南京 210096) (**南京郵電大學(xué)電子與光學(xué)工程學(xué)院、微電子學(xué)院 南京 210023) (***南京郵電大學(xué)射頻集成與微組裝技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室 南京 210023)

0 引 言

為了深入了解大腦的意識(shí)活動(dòng)，科學(xué)家和工程師們多年來(lái)一直在努力尋找這些活動(dòng)的起源和生物學(xué)機(jī)制。根據(jù)解剖學(xué)知識(shí)，神經(jīng)細(xì)胞的連接和相互間的通訊模式被認(rèn)為是一個(gè)關(guān)鍵因素[1]。在這種研究中，傳統(tǒng)光學(xué)儀器作用甚微，而電子顯微鏡功能也有所受限。為更好地了解神經(jīng)信號(hào)的本質(zhì)，人們探索了如膜片鉗和細(xì)胞染色等技術(shù)。然而，當(dāng)需要對(duì)大量神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行長(zhǎng)期、多目標(biāo)和無(wú)創(chuàng)的檢測(cè)時(shí)，上述技術(shù)都力所不及。近些年來(lái)，由于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)技術(shù)的發(fā)展，將微電極陣列(micro-electrode array, MEA)與CMOS信號(hào)處理集成電路集成在一起的方法，可以實(shí)現(xiàn)記錄神經(jīng)細(xì)胞之間的信號(hào)傳輸。一些優(yōu)秀的文獻(xiàn)已經(jīng)介紹了一些具有一定信號(hào)時(shí)空保真度的神經(jīng)信號(hào)記錄系統(tǒng)方案。文獻(xiàn)[2]報(bào)道了一種植入式神經(jīng)信號(hào)記錄前端系統(tǒng)。該系統(tǒng)的MEA為硅基材料，信號(hào)處理電路采用了商用微處理器芯片，雖然有不錯(cuò)的電路性能，但也影響了整個(gè)模塊的集成度，消耗了較多的功耗，且不利于多通道集成。文獻(xiàn)[3]則提出了一種CMOS工藝的神經(jīng)信號(hào)放大集成電路模塊，該放大電路模塊采用流行的斬波技術(shù)，有良好的噪聲性能。然而由于模塊沒有集成傳感電極，其實(shí)用性能不可獲知。……