Prototype d'un stimulateur électrique multicanal dédié aux applications interfaces cerveau-machines

RESUME L'objectif de ce memoire de maitrise consiste en la realisation d'un stimulateur electrique flexible dedie aux applications interfaces cerveau-machines. Il fait partie des efforts mis pour l'investigation du cortex visuel afin de realiser une prothese visuelle intracorticale. Le systeme concu comporte 8 canaux de stimulation, chacun genere un signal rectangulaire biphasique en courant constant parametrable et permet de stimuler des valeurs elevees d'impedances resultant de l’interface electrode-tissus biologiques qui peuvent atteindre les 400 kΩ, grâce a une plage de tension de sortie allant a 21 V. Le systeme realise permet de suivre l'operation de stimulation en detectant la valeur de la tension analogique developpee aux bornes de l'impedance stimulee, il est aussi capable de renvoyer la valeur de l’amplitude correspondante. Le systeme complete, appele µStim, a ete realise avec des composantes electroniques commerciales et assemble sur 3 circuits imprimes. Il est controle par une interface graphique concue en LabView. µStim possede 8 canaux de stimulation et 96 sorties pour qu'il soit possible d'injecter du courant electrique a travers une grande matrice d'electrodes tel que celle d’Utah qui comporte 96 electrodes. Chaque canal de stimulation est capable de generer un courant maximal egal a 250 µA sous forme d'une onde rectangulaire biphasique. µStim possede une matrice des commutateurs configurable qui permet a chaque canal de stimulation d'etre connecte a n'importe quelle sortie parmi les 96 disponibles. Le controleur principal du systeme est realise a l’aide d’un composant FPGA IGLOO AGL250. Il recoit et envoie les donnees depuis et vers l'interface graphique. Il existe deux voies de communication avec l'interface LabView. Une voie sans fil via le module Bluetooth et une autre filaire via le module USB. µStim fonctionne en deux modes, un mode simultane ou les canaux de stimulation sont actives en meme temps et un mode sequentiel ou les canaux sont actives de facon sequentielle une a la fois. En mode simultane, l’ensemble du systeme consomme 15,6 W, en mode sequentiel la consommation baisse a 11,3 W. En etat de repos la consommation est de l’ordre de 6,5 W. Le module de monitorage mesure le niveau de tension developpe sur l'impedance stimulee avec une precision de 0.5 V et la mesure du module d’impedance se fait avec une precision de 4 kΩ. ---------- ABSTRACT The objective of this master's thesis is the implementation of a flexible electrical stimulation system dedicated to the stimulation of the visual cortex. It is part of efforts made for the investigation of the visual cortex in order to achieve intra cortical visual prosthesis. The designed system includes 8 channels of stimulation, each generates adjustable biphasic rectangular constant current stimuli, and allows driving high impedance load that can reach 400 kΩ values with a range of output voltage equals to 21 V. The system detects the developed voltage at the stimulated impedance; it is also able to return the value of the impedance magnitude. The proposed system, called μStim, is a platform made with commercially available electronic components. It is assembled on 3 printed circuit boards. It is controlled by a graphical user interface designed with LabView. μStim has 8 stimulation channels and 96 outputs, to be able to drive current into large electrode array as the Utah array of 96 electrode. Each stimulation channel is able to generate a maximum current of 250 µA as a biphasic square wave. μStim has a matrix of configurable switches allowing each stimulation channel to be connected to any of its 96 outputs. The control unit of the system is built around an IGLOO FPGA AGL250. It allows sending and receiving data to and from the graphical user interface. There are two ways for communicating with the interface LabView. Using a wireless link through Bluetooth, or using wired link via USB. μStim operates in two modes, the first mode where the channels are activated simultaneously, and the second one is sequential where channels are activated by switching one after another. The whole system consumes 15.6 W and 11.3 W in simultaneous and sequential mode respectively. In idle state, the power consumption is equal to 6.5 W. The monitoring module provides the level of the impedance voltage with an accuracy of 0.5 V, and the magnitude measurement part has an accuracy of 4 kΩ.