NeuraPlex - High-density fully-immersible subcortical neural data digitizer based on time-division multiplexing

NeuraPlex - 基于时分复用的高密度完全浸入式皮层下神经数据数字化仪

基本信息

项目摘要

The objective of this research project is to develop and implement the first high-density fully-immersible CMOS neural probe with a spatial resolution lower than 50 µm. The state of the art is limited on one hand by conventional active neural-probes with a small electrode pitch but encompassing a large base and a high number of connecting wires. On the other hand, it offers a fully immersible CMOS neural probe featuring a minimal base and requiring fewer connections at the cost of a large electrode pitch. The new probe advances the state of the art by implementing an optimized signal processing chain tailored to this application. Hence, neither a bulky connector is required nor elaborate circuits need to be integrated into the base, which in turn yields a slim probe with a small electrode pitch and a uniform width from tip to base. Thus, substantial silicon area and costs can be saved. In addition, the probe can be fully immersed into the brain tissue whereby subcortical recording of single-neuron signals with a high signal-to-noise ratio, a large bandwidth and an appropriate spatial resolution becomes feasible.The objective will be met by integrating a “digital” multi-electrode-array into the shank. However, since the available area per channel on the shank is limited, multiple electrodes will need to share one analog-to-digital converter (ADC). Time-division multiplexing as performed up to now requires preamplifiers and an explicit anti-aliasing filter to be implemented on the base leading to a large area. To achieve the same on the limited area of the shank and still avoid excessive power consumption and temperature increase of the tissue, a dedicated ADC architecture needs to be developed. This ADC must meet, amongst others, the specifications of smallest-area, minimal-power consumption, and ultra-low-noise as defined by the high-density fully immersible CMOS neural probe. Fundamental research will thus be performed on architectures for continuous-time, incremental Delta-Sigma ADCs. Their intrinsic anti-aliasing filter as well as their applicability in multiplexed sensor systems make them the perfect candidate for neural recording systems.The resulting high-density neural probe with its capability to simultaneously monitor the single activity of hundreds of neurons will provide neuroscientists with new opportunities for performing research on brain activity in deeper regions and for gaining understanding of neural networks. Moreover, combined with a neural stimulator, it can be used to implement a closed-loop system and thus contribute to the pursuit of relieving the symptoms of neurological and psychological diseases.Due to the ever-increasing demand for ultra-low-power, high-resolution, multi-channel ADCs, the outcome of the fundamental research on architectures for continuous-time incremental Delta-Sigma ADCs are of high impact for other applications such as instrumentation and measurement or the Internet of Things.
本研究项目的目标是开发和实现第一个空间分辨率低于50微米的高密度全浸入式CMOS神经探头。一方面,传统的有源神经探头电极间距小,但基座大,连接线数量多,限制了该技术的发展。另一方面,它提供了一种完全可浸入式的CMOS神经探头,具有最小的基座和较少的连接,但成本较大的电极间距。新的探头通过实施为该应用量身定做的优化信号处理链来推进最先进的技术。因此,既不需要笨重的连接器,也不需要将复杂的电路集成到基座中,这反过来又产生了一个细长的探头,具有小电极间距和从尖端到基座的均匀宽度。因此,可以节省大量的硅面积和成本。此外,该探头可以完全浸入脑组织,从而能够以高信噪比、大带宽和适当的空间分辨率对单个神经元信号进行皮质下记录。这一目标将通过在小腿上集成“数字”多电极阵列来实现。然而,由于支架上每个通道的可用面积有限,多个电极将需要共享一个模数转换器(ADC)。到目前为止,时分复用需要在基座上实现前置放大器和显式抗混叠滤波,从而产生较大的面积。为了在小腿的有限面积上实现同样的效果,同时仍然避免组织的过度功耗和温度升高,需要开发一种专用的ADC架构。该ADC必须满足高密度全浸没式CMOS神经探头所定义的最小面积、最低功耗和超低噪声的规格。因此,将对连续时间、增量Delta-Sigma ADC的体系结构进行基础研究。其固有的抗混叠滤波以及在多路传感器系统中的适用性使其成为神经记录系统的完美候选者。由此产生的高密度神经探针能够同时监测数百个神经元的单个活动,将为神经科学家提供新的机会,以进行更深层次的大脑活动研究和了解神经网络。由于对超低功耗、高分辨率、多通道ADC的需求不断增加,连续时间增量式Delta-Sigma ADC结构的基础研究成果对仪器仪表和测量或物联网等其他应用具有很高的影响。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr.-Ing. Yiannos Manoli其他文献

Professor Dr.-Ing. Yiannos Manoli的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr.-Ing. Yiannos Manoli', 18)}}的其他基金

Implantable System for Long- and Short-Term Active Charge Balancing in Neural Electrical Stimulation
用于神经电刺激中长期和短期主动电荷平衡的植入系统
  • 批准号:
    315129160
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Self-Calibration of Accelerometer Arrays (SCARS)
加速度计阵列的自校准 (SCARS)
  • 批准号:
    258832626
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Tracking of Human Motion by Combining Recursive Bayesian Estimation Methods with Fractional Order / Variable Order models
通过将递归贝叶斯估计方法与分数阶/变阶模型相结合来跟踪人体运动
  • 批准号:
    162182751
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Mathematische Beschreibung der Eigenschaften robuster, zeitkontinuierlicher, kaskadierter Sigma-Delta Analog/Digital Wandler unter Berücksichtigung der Interaktion von Nichtidealitäten
考虑非理想相互作用的稳健、连续时间、级联 Σ-Δ 模拟/数字转换器特性的数学描述
  • 批准号:
    166918089
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
Mathematische Beschreibung der Eigenschaften zeitkontinuierlicher, kaskadierter A/D-Wandler unter Berücksichtigung der Interaktion von Nichtidealitäten
考虑非理想相互作用的连续时间级联 A/D 转换器特性的数学描述
  • 批准号:
    13737769
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
EnTON – Energy Transfer Optimizing Circuits for Energy Harvesting Applications
EnTON – 用于能量收集应用的能量传输优化电路
  • 批准号:
    461644009
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants

相似国自然基金

基于密度泛函理论金原子簇放射性药物设计、制备及其在肺癌诊疗中的应用研究
  • 批准号:
    82371997
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
浸润特性调制的统计热力学研究
  • 批准号:
    21173271
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
非高斯随机分布控制系统的集成故障诊断与容错控制研究
  • 批准号:
    61104022
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
磷脂转运蛋白通过磷酸鞘氨醇1影响高密度脂蛋白抗动脉粥样硬化功能的分子机制
  • 批准号:
    81070247
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    33.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
miRNA靶位点遗传多态性调控骨质疏松机理研究
  • 批准号:
    31071097
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    36.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
突触后致密物95-NMDAR信号复合体在发育中神经元惊厥后高兴奋性中的作用
  • 批准号:
    30870865
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
图的一般染色数与博弈染色数
  • 批准号:
    10771035
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    18.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
PSD-93基因介导缺血性脑损伤的分子机制研究
  • 批准号:
    30670739
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Fully Automated High-Throughput Quantitative MRI of the Liver
肝脏全自动高通量定量 MRI
  • 批准号:
    10445467
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Fully Automated High-Throughput Quantitative MRI of the Liver
肝脏全自动高通量定量 MRI
  • 批准号:
    10605255
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
A wireless fully-passive miniaturized patient-tailored pacemaker
无线全无源微型患者定制起搏器
  • 批准号:
    10002217
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
A wireless fully-passive miniaturized patient-tailored pacemaker
无线全无源微型患者定制起搏器
  • 批准号:
    9809482
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
A wireless fully-passive miniaturized patient-tailored pacemaker
无线全无源微型患者定制起搏器
  • 批准号:
    10249134
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
A Fully Independent Real Time Treatment Verification System for Radiotherapy
完全独立的放射治疗实时治疗验证系统
  • 批准号:
    9261158
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
A Fully Independent Real Time Treatment Verification System for Radiotherapy
完全独立的放射治疗实时治疗验证系统
  • 批准号:
    9263904
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Fully adaptive and integrated numerical methods for the simulation and control of variable density multiphase flows governed by diffuse interface models.
用于模拟和控制由扩散界面模型控制的变密度多相流的完全自适应和集成数值方法。
  • 批准号:
    238092916
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Priority Programmes
FADeBaC Sentiment Analysis - Fully Automatic DEnsity-BAsed Clustering applied to Sentiment Analysis
FADeBaC 情感分析 - 应用于情感分析的全自动基于密度的聚类
  • 批准号:
    219327280
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
A Study on fully inverted SIMOX MOSFETs
全反相SIMOX MOSFET的研究
  • 批准号:
    09650389
  • 财政年份:
    1997
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了