A Distributed Neural Recorder/Stimulator for Epilepsy Monitoring

神经刺激改善生活质量的潜力现在已经得到了充分的证实，例如起搏器(心律失常)、人工耳蜗植入物(耳聋)、脑深部刺激器(帕金森病治疗)和慢性疼痛。到2024年，全球医疗神经调节市场将达到100亿美元。癫痫的特征是异常和过度的大脑活动，可能导致剧烈癫痫发作，影响到0.5%-1%的人口(美国有250万人，加拿大约有22.5万人)。多达30%的癫痫患者患有顽固性耐药癫痫，可以从神经刺激中受益。最近的研究表明，癫痫发作在发生后24小时内进行预测，为减轻癫痫发作的措施和调整活动提供了机会。然而，对多个皮质靶点的长期神经记录/刺激仍然具有挑战性。这种可植入装置最具挑战性的方面之一是在实际和临床安全的功率预算内同时从分布在不同皮质部位的数千个电极采集和传输数据。该项目旨在开发一种针对癫痫的专用集成电路(ASIC)，该集成电路将使神经记录/刺激设备能够实现单神经元分辨率、片上棘波特征(幅度和形状)和刺激脉冲整形，同时使用代数编码方案无线传输压缩数据。该装置的目标植入物包括四个ASIC，植入大脑中适合癫痫发作预测的皮质部位。这些ASIC被连接到中央无线通信集线器，该集线器将压缩信息传输到患者佩戴的外部计算机。与其他仅限于几十个电极的癫痫记录仪不同，每个集成电路的面积为1mm2，可同时记录1600个通道的尖峰信号，间距为20微米。与我们的商业合作伙伴合作，我们正在创建第一个同步和分布式的6400个电极的神经记录仪/刺激器系统，适合安全、终身植入。该项目是与Gezell(加拿大加蒂诺)、墨尔本大学(澳大利亚)及其工业合作伙伴Carbon Cybernetics Inc.(澳大利亚墨尔本)合作进行的，他们是非常高分辨率、100%生物兼容电极技术、超晶体钻石包壳和癫痫预测算法的先驱。这一合作伙伴关系完美地补充了我们的团队，这些团队由Sherbrooke大学(加拿大舍布鲁克)和Gezell Inc.(加拿大加蒂诺)组成，具有微电子和产品开发方面的专业知识。#(Cr)#(Lf)Le Potel de la Neerlier de Ve Qualitéde vie Est désormais bienéabli avec des Examples tels le Qualacateur Diffecuur Dienéabli avec des Examples Tels le Qualacateur Carchleaire，Le Examplateur CérébréProond(例如。帕金森)和《时事报》。2024.L‘éPepsie，Caractérisée Par une Actitityécérébrale Anorman et Expert，Peut Entra des Crisis Violentes et Touche Entrre 0，5 et 1%de la人口(250万人)。环境30%的患者进行神经刺激。从L的先见之明、可能的病患到未来的危机，我们都能从中找到答案。据了解，L登记注册的神经细胞是不是L收购的同时，L的活跃的神经细胞和多个站点以及L的信息传输都没有相关文件。联合国系统发展项目与S应用系统集成的有效性

The potential of neurostimulation to improve quality of life is now well established with examples such as Pacemakers (cardiac arrhythmia), cochlear implants (deafness), deep brain stimulators (Parkinson's treatment) and chronic pain. The global medical neuromodulation market is set to reach $10B by 2024.Epilepsy, characterized by abnormal and excessive brain activity which can lead to violent seizures, affects between 0.5-1% of the population (2.5 M people in United States, ~225k in Canada). As much as 30% of epilepsy patients suffer from intractable drug-resistant epilepsy and can benefit from neurostimulation. Recent research demonstrated seizure forecasting within 24 hours of occurrence, giving the opportunity for seizure mitigative measures and adjustment of activities. However, long-term neural recording/stimulation at multiple cortical targets is still challenging. Among the most challenging aspects of such an implantable device is the acquisition and transmission of data simultaneously from thousands of electrodes distributed at different cortical sites within a practical and clinically safe power budget. This project seeks to develop an application specific integrated circuit (ASIC) targeting epilepsy that will enable neurorecording/stimulation devices with single-neuron resolution, on-chip spike characterization (amplitude and shape) and stimulus pulse shaping, while wirelessly transmitting the compressed data using an algebraic coding scheme. The target implant for this device comprises four ASICS, implanted in the brain at cortical sites suitable for seizure prediction. These ASICs are wired to a central wireless communication hub that transmits the compressed information to an external computer worn by the patient. Unlike other epilepsy recorders limited to few tens of electrodes distributed on an area of few mm2, each integrated circuit is <1 mm2, and will simultaneously records spikes from 1600 channels at a 20 µm pitch. In collaboration with our commercial partners we are creating the first synchronized and distributed 6400-electrode neurorecorder/stimulator system suitable for safe, life-long implantation.This project is conducted in collaboration with Gezell (Gatineau, Canada), the University of Melbourne (Australia) and their industrial partner Carbon Cybernetics Inc. (Melbourne, Australia), who are pioneering very high resolution, 100% biocompatible electrode technology, ultrananocrystalline diamond enclosures and epilepsy prediction algorithms. This partnership perfectly complements our teams composed of the Université de Sherbrooke (Sherbrooke, Canada) and Gezell inc. (Gatineau, Canada) with expertise in microelectronics and product development.#(cr)#(lf)Le potentiel de la neurostimulation pour améliorer la qualité de vie est désormais bien établi avec des exemples tels que le stimulateur cardiaque, l'implant cochléaire, le stimulateur cérébral profond (ex. Parkinson) et la douleur chronique. Le marché mondial de la neuromodulation devrait atteindre 10 G$ d'ici 2024.L'épilepsie, caractérisée par une activité cérébrale anormale et excessive, peut entraîner des crises violentes et touche entre 0,5 et 1% de la population (2,5 millions de personnes aux États-Unis, ~ 225 000 au Canada). Environ 30% des patients épileptiques souffrent d'épilepsie réfractaire aux médicaments et bénéficierait de la neurostimulation. Des recherches récentes démontrent la capacité de prévoir les crises 24 heure à l'avance, donnant la possibilité au patient de prendre des mesures d'atténuation. Cependant, l'enregistrement neuronale à long terme comporte des défis de taille dont l'acquisition simultanée l'activité neuronale sur des milliers d'électrodes réparties sur de multiples sites et la transmission de l'information sans fils tout en respectant des limites sécuritaires au niveau de la consommation énergétique. Ce projet vise à développer un système électronique composé de circuits intégrés à application spécifique (ASIC) effectu