パルス周波数変調方式フォトセンサを適用した人工視覚再生デバイスの研究

基于脉冲频率调制光电传感器的人工视觉再现装置的研究

• 批准号: 04J04994
• 负责人: 古宮 哲夫
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J04994/
• 关键词: 人工視覚再生デバイス; パルス周波数変調方式; CMOSイメージセンサ; in vitro電気生理実験; 刺激パルス; 多点刺激; カエル網膜; カエル遊離網膜

網膜や大脳視覚野を電気刺激することにより,光覚が得られていることが知られている.近年,神経生理学と集積回路技術の発展にともない,これらの融合技術として,人工視覚再生の研究が活発に成されており,神経再生の基礎データが揃いつつある.本研究は,機能不全に陥った視細胞の機能を,CMOSイメージセンサを応用したデバイスにより置き換え,視覚再生を行う人工視覚再生デバイスの開発を目的としている.人工視覚再生デバイスを実現するには,デバイスの眼内完全埋植と多点刺激による光覚再生が必要となる.まず,眼内完全埋植には低消費電力であることが要求されるが,デバイスの消費電力の大半は刺激パルス生成が占めている.そこで,カエル遊離網膜を用いたin vitro実験による刺激効率評価と消費電力評価から刺激パルスパラメータの最適化を行った.これらの評価から短パルス幅の単パルス刺激が刺激効率が高く,平均消費電力を低減できることを明らかにした.次に,多点刺激による光覚再生には,多点刺激時の網膜応答を明らかにする必要がある.また,精細な光覚再生の実現には,網膜神経節細胞の電気刺激応答範囲を刺激電極ピッチ以下に制限しなければならない.そこで,カエル遊離網膜の2点刺激実験を行い,多点刺激時の網膜神経節細胞の応答評価を行った.実験結果から多点刺激においても電気刺激応答は,1点刺激と同様に注入電荷量に依存することを明らかにした.そして,複数電極を用いて局所的に注入電荷量を中和することで電気刺激応答範囲を制御し,より精細な光覚再生を行う新しい多点刺激手法を提案した.

The retina and optic field are electrically stimulated, and the light is detected. In recent years, the development of neurophysiology and integrated circuit technology has been in progress, and the research on artificial vision regeneration has been in progress. This study aims at the development of artificial vision regeneration by CMOS technology, which is used for vision regeneration. Artificial vision regeneration is necessary for the complete implantation of artificial vision and multi-point stimulation. The eye is completely implanted with low power consumption, and most of the power consumption is stimulated. In addition, the stimulation efficiency evaluation and power consumption evaluation of the free retina in vitro are optimized. The average power consumption is lower than the average power consumption. Second, multi-point stimulation is necessary for light regeneration, and multi-point stimulation is necessary for light regeneration. The electrical stimulation of retinal ganglion cells is controlled by the stimulation electrode. 2-point stimulation of free retina, response evaluation of retinal ganglion cells under multi-point stimulation. The result is that the multi-point stimulus and the injected charge are dependent on each other. In addition, a plurality of electrodes are used to neutralize the amount of injected charge. In addition, an electric stimulation range is controlled, and a fine light regeneration is performed. In addition, a new multi-point stimulation method is proposed.

项目成果

Optimization of electrical Stimulus pulse parameter for low-power operation of a retinal prosthetic device

视网膜假体装置低功率运行的电刺激脉冲参数优化

• 期刊: Jpn.J.Appl.Phys. (条件付採択)
• 作者: T.Shibata;S.Kadowaki;K.Takagi;Koji Fuji;Tanaka K;Tsutsumi S;Hoshino T et al.;Tanaka K et al.;中道 上;佐治 健太郎;Y.Takai;T.Furumiya;T.Furumiya
• 通讯作者: T.Furumiya

Functional verification of pulse frequency modulation based image sensor for retinal prosthesis by in vitro electrophysiological experiments using frog retina

利用青蛙视网膜进行体外电生理实验验证基于脉冲频率调制的视网膜假体图像传感器的功能

• 发表时间: 2006
• 期刊: Biosensors and Bioelectronics 21
• 作者: T.Shibata;S.Kadowaki;K.Takagi;Koji Fuji;Tanaka K;Tsutsumi S;Hoshino T et al.;Tanaka K et al.;中道 上;佐治 健太郎;Y.Takai;T.Furumiya
• 通讯作者: T.Furumiya

Functional verification of pulse frequency modulation-based image sensor for retinal prosthesis by in vitro electrophysiological experiments using frog retina

利用青蛙视网膜进行体外电生理实验验证基于脉冲频率调制的视网膜假体图像传感器的功能

• 期刊: Biosensors and Bioelectronics (条件付採択)
• 作者: T.Shibata;S.Kadowaki;K.Takagi;Koji Fuji;Tanaka K;Tsutsumi S;Hoshino T et al.;Tanaka K et al.;中道 上;佐治 健太郎;Y.Takai;T.Furumiya;T.Furumiya;T.Furumiya
• 通讯作者: T.Furumiya