(57)【要約】【課題】生体への電気刺激信号の印加前後の微小電極の電位変動を小さくし、電気刺激信号を印加しそれに伴う生体電気信号を検出する電気刺激信号制御回路を提供する。【解決手段】微小電極に接続されるインタフェース回路と、インタフェース回路を介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェース回路を介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器とを、制御手段によるスイッチの制御によって、通常時には、微小電極と入力増幅器と主増幅器とが接続され、加算回路と電気刺激信号発生装置とが切り離された状態とし、その後、微小電極と入力増幅器と主増幅器とを切り離すと同時に電気刺激信号発生装置と加算回路とを接続し、直流電位保持回路に保持された電位を、入力増幅器の増幅率の略逆数となる増幅率の保持電位増幅器によって増幅し、電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号に加算して、微小電極に印加する。【選択図】図１
2010000124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電極と、前記微小電極に接続されるインタフェース回路と、前記インタフェース回路を介して前記微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、前記インタフェース回路を介して前記微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、を備えた電気刺激計測装置における前記インタフェース回路であって、
前記微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、
前記入力増幅器から前記主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、
前記直流電位保持回路からの直流電位を、前記入力増幅器の前記増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、
前記電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と前記保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、
前記入力増幅器と前記直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、
前記保持電位増幅器と前記主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、
前記加算回路と前記電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、
前記微小電極と前記加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路と
を備えることを特徴とするインタフェース回路。
【請求項２】
前記インタフェース回路は、ＣＭＯＳプロセスを用いて作成されたトリプルウェル構造により構成される
ことを特徴とする請求項１に記載のインタフェース回路。
【請求項３】
前記インタフェース回路は、接続された制御手段からの制御により、通常時は前記第３のスイッチ回路および前記第４のスイッチ回路をオフにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオンにして前記微小電極に前記主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、前記第３のスイッチ回路をオンにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオフにして前記微小電極から前記主増幅器を切り離した後、前記第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、前記第４のスイッチ回路および前記第３のスイッチ回路がオンで前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御が行われる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインタフェース回路。
【請求項４】
微小電極と、前記微小電極に接続されるインタフェースモジュールと、前記インタフェースモジュールを介して前記微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、前記インタフェースモジュールを介して前記微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、の組み合わせを複数組備えた電気刺激計測装置において前記複数のインタフェースモジュールを備える前記インタフェース回路であって、
前記インタフェースモジュールは、
前記微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、
前記入力増幅器から前記主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、
前記直流電位保持回路からの直流電位を、前記入力増幅器の前記増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、
前記電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と前記保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、
前記入力増幅器と前記直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、
前記保持電位増幅器と前記主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、
前記加算回路と前記電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、
前記微小電極と前記加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路と
を備えることを特徴とするインタフェース回路。
【請求項５】
前記インタフェースモジュールは、ＣＭＯＳプロセスを用いて作成されたトリプルウェル構造により構成される
ことを特徴とする請求項４に記載のインタフェース回路。
【請求項６】
前記インタフェースモジュールは、接続された制御手段からの制御により、前記組み合わせのそれぞれについて、通常時は前記第３のスイッチ回路および前記第４のスイッチ回路をオフにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオンにして前記微小電極に前記主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、前記第３のスイッチ回路をオンにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオフにして前記微小電極から前記主増幅器を切り離した後、前記第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、前記第４のスイッチ回路および前記第３のスイッチ回路がオンで前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御が行われる
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のインタフェース回路。
【請求項７】
微小電極と、
前記微小電極に接続されるインタフェース回路と、
前記インタフェース回路を介して前記微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、
前記インタフェース回路を介して前記微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、
前記インタフェース回路、前記電気刺激信号発生装置、及び前記主増幅器を制御する制御手段と、を具備する電気刺激計測装置を用いた電気刺激計測方法であって、
前記インタフェース回路は、
前記微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、
前記入力増幅器から前記主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、
前記直流電位保持回路からの直流電位を、前記入力増幅器の前記増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、
前記電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と前記保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、
前記入力増幅器と前記直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、
前記保持電位増幅器と前記主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、
前記加算回路と前記電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、
前記微小電極と前記加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路と
を備えるものであり、
前記制御手段が、通常時は前記第３のスイッチ回路および前記第４のスイッチ回路をオフにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオンにして前記微小電極に前記主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、前記第３のスイッチ回路をオンにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオフにして前記微小電極から前記主増幅器を切り離した後、前記第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、前記第４のスイッチ回路および前記第３のスイッチ回路がオンで前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御を行う
ことを特徴とする電気刺激計測方法。
【請求項８】
微小電極と、
前記微小電極に接続されるインタフェースモジュールと、
前記インタフェースモジュールを介して前記微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、
前記インタフェースモジュールを介して前記微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、
前記インタフェースモジュール、前記電気刺激信号発生装置、及び前記主増幅器の複数組の組み合わせのそれぞれを制御する制御手段と、を備える電気刺激計測装置を用いた電気刺激計測方法であって、
前記インタフェースモジュールは、
前記微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、
前記入力増幅器から前記主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、
前記直流電位保持回路からの直流電位を、前記入力増幅器の前記増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、
前記電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と前記保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、
前記入力増幅器と前記直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、
前記保持電位増幅器と前記主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、
前記加算回路と前記電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、
前記微小電極と前記加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路と
を備えるものであり、
前記制御手段は、前記組み合わせのそれぞれについて、通常時は前記第３のスイッチ回路および前記第４のスイッチ回路をオフにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオンにして前記微小電極に前記主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、前記第３のスイッチ回路をオンにするとともに前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路をオフにして前記微小電極から前記主増幅器を切り離した後、前記第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、前記第４のスイッチ回路および前記第３のスイッチ回路がオンで前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御を行う
ことを特徴とする電気刺激計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体へのインタフェース回路及び電子刺激計測方法について、特に、生体組織や神経細胞等に対して電気刺激信号を印加するとともに、電気的刺激信号により励起される生体組織や神経細胞等の電気的活動を計測する際に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体や脳の情報伝達メカニズムの解明を目的として、多点電極を用いて生体や神経細胞由来の電気信号（以下「生体電気信号」という）を計測することが広く行われている。また、近年は生体や脳との情報交信の実現を目指して、多点電極を介して外部から生体や神経細胞に対して情報を入力することを目的とするいわゆるブレイン・マシンインタフェースの技術について様々な研究が行われている。
【０００３】
このような生体電気信号のインタフェースとして、例えば特許文献１には、生体や神経細胞とのインタフェースとなる多点電極と、多点電極で計測された微弱な生体電気信号を増幅するための増幅部と、増幅された生体電気信号を記録するための記録部と、生体への電気刺激信号を印加するための電気刺激信号印加部とから構成されるシステムが示されている。ここでは、同一の微小電極を介して、生体への電気刺激信号の送信と、生体から生体電気信号を検出して記録することとの双方を行うことができ、さらに電気刺激信号の送信の完了後、回路のスイッチを切替えることによってごく短時間で生体電気信号の検出を開始し、記録することを可能とするシステムが提案されている。
【０００４】
また、近年、このような生体電気信号記録装置の生体への装着や設置を実現するために、システムのＩＣチップ化による小型化、省電力化の検討が進められている。例えば非特許文献１には、ＣＭＯＳプロセスを用いることにより、生体由来の電気信号の記録と生体への電気刺激信号の印加を１つのＩＣチップで行う技術が示されている。
【特許文献１】特許第３５６６８６０号公報
【非特許文献１】Ｔａｋｅｓｈｉ  ＹＯＳＨＩＤＡ、Ｔａｋａｙｕｋｉ  ＭＡＳＨＩＭＯ、Ｍｉｈｏ  ＡＫＡＧＩ、Ａｔｓｕｓｈｉ  ＩＷＡＴＡ、Ｍａｓａｙｕｋｉ  ＹＯＳＨＩＤＡ、Ｋａｚｕｍａｓａ  ＵＥＭＡＴＳＵ、“Ａ  ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ｎｅｕｒａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ＬＳＩ  ｗｉｔｈ  ｍｕｌｔｉ−ｉｎｐｕｔｃｈａｎｎｅｌｓ“、ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ、ｖｏｌ．Ｅ８７−Ａ、ｎｏ．２、ｐｐ．３７６−３８３、２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、入力増幅器で増幅された生体電気信号を直流電位保持回路に保持し、スイッチが切り替わった場合に、直流電位保持回路に保持された電圧がそのまま電気刺激信号に加算されるため、スイッチの切替えと電気刺激信号の印加に伴う生体からの過渡応答が大きくなるという問題があった。また、電気信号発生装置と主増幅器とインタフェース回路とを制御するパーソナルコンピュータからの制御信号は、複数の微小電極のそれぞれに同時に送信されるため、複数の微小電極のうち任意の微小電極に対して、他の微小電極と異なるタイミングで電気信号を印加することはできない。さらに、特許文献１に記載されたインタフェース回路は、アナログスイッチ回路やサンプルホールド回路などの個別部品を組み合わせて構成したものであり、インタフェース回路が大きいため、生体への設置や装着は困難であった。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、生体への電気刺激信号の印加前後の微小電極の電位変動を小さくし、また、複数の微小電極のそれぞれに応じた制御により電気刺激信号を印加しそれに伴う生体電気信号を検出することを可能とする電気刺激信号制御回路および電気刺激信号制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明は、微小電極と、微小電極に接続されるインタフェース回路と、インタフェース回路を介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェース回路を介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、を備えた電気刺激計測装置におけるインタフェース回路であって、微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、入力増幅器から主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、直流電位保持回路からの直流電位を、入力増幅器の増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、入力増幅器と直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、保持電位増幅器と主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、加算回路と電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、微小電極と加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、上述のインタフェース回路は、ＣＭＯＳプロセスを用いて作成されたトリプルウェル構造により構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上述のインタフェース回路は、接続された制御手段からの制御により、通常時は第３のスイッチ回路および第４のスイッチ回路をオフにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオンにして微小電極に主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、第３のスイッチ回路をオンにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオフにして微小電極から主増幅器を切り離した後、第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、第４のスイッチ回路および第３のスイッチ回路がオンで第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御が行われることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、微小電極と、微小電極に接続されるインタフェースモジュールと、インタフェースモジュールを介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェースモジュールを介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、の組み合わせを複数組備えた電気刺激計測装置において複数のインタフェースモジュールを備えるインタフェース回路であって、インタフェースモジュールは、微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、入力増幅器から主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、直流電位保持回路からの直流電位を、入力増幅器の増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、入力増幅器と直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、保持電位増幅器と主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、加算回路と電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、微小電極と加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上述のインタフェースモジュールは、ＣＭＯＳプロセスを用いて作成されたトリプルウェル構造により構成されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上述のインタフェースモジュールは、接続された制御手段からの制御により、組み合わせのそれぞれについて、通常時は第３のスイッチ回路および第４のスイッチ回路をオフにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオンにして微小電極に主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、第３のスイッチ回路をオンにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオフにして微小電極から主増幅器を切り離した後、第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、第４のスイッチ回路および第３のスイッチ回路がオンで第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御が行われることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、微小電極と、微小電極に接続されるインタフェース回路と、インタフェース回路を介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェース回路を介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、インタフェース回路、電気刺激信号発生装置、及び主増幅器を制御する制御手段と、を具備する電気刺激計測装置を用いた電気刺激計測方法であって、インタフェース回路は、微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、入力増幅器から主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、直流電位保持回路からの直流電位を、入力増幅器の増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、入力増幅器と直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、保持電位増幅器と主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、加算回路と電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、微小電極と加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路とを備えるものであり、制御手段が、通常時は第３のスイッチ回路および第４のスイッチ回路をオフにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオンにして微小電極に主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、第３のスイッチ回路をオンにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオフにして微小電極から主増幅器を切り離した後、第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、第４のスイッチ回路および第３のスイッチ回路がオンで第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、微小電極と、微小電極に接続されるインタフェースモジュールと、インタフェースモジュールを介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェースモジュールを介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器と、インタフェースモジュール、電気刺激信号発生装置、及び主増幅器の複数組の組み合わせのそれぞれを制御する制御手段と、を備える電気刺激計測装置を用いた電気刺激計測方法であって、インタフェースモジュールは、微小電極からの生体電気信号を定められた増幅率で増幅する入力増幅器と、入力増幅器から主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保持する直流電位保持回路と、直流電位保持回路からの直流電位を、入力増幅器の増幅率の略逆数の増幅率で増幅する保持電位増幅器と、電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号と保持電位増幅器からの直流電位とを加算する加算器と、入力増幅器と直流電位保持回路との間に接続される第１のスイッチ回路と、保持電位増幅器と主増幅器との間に接続される第２のスイッチ回路と、加算回路と電気刺激信号発生装置との間に接続される第３のスイッチ回路と、微小電極と加算回路との間に接続される第４のスイッチ回路とを備えるものであり、制御手段は、組み合わせのそれぞれについて、通常時は第３のスイッチ回路および第４のスイッチ回路をオフにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオンにして微小電極に主増幅器が接続された状態とし、電気刺激を実行する場合には、第３のスイッチ回路をオンにするとともに第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路をオフにして微小電極から主増幅器を切り離した後、第４のスイッチ回路をオンにして電気刺激信号を印加し、電気刺激終了後一定時間、第４のスイッチ回路および第３のスイッチ回路がオンで第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路がオフの状態を保ち、その後通常時の状態に戻す制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、微小電極に接続されるインタフェース回路と、インタフェース回路を介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェース回路を介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器とを、制御手段によるスイッチの制御によって、通常時には、微小電極と入力増幅器と主増幅器とが接続され、加算回路と電気刺激信号発生装置とが切り離された状態とし、その後、微小電極と入力増幅器と主増幅器とを切り離すと同時に電気刺激信号発生装置と加算回路とを接続し、直流電位保持回路に保持された電位を、入力増幅器の増幅率の略逆数となる増幅率の保持電位増幅器によって増幅し、電気刺激信号発生装置からの電気刺激信号に加算して、微小電極に印加するようにしたので、入力増幅器によって増幅されて保持された電位を、保持電位増幅器によって増幅前の電位としてから電気刺激信号に加算することができ、生体への電気刺激信号の印加前後の微小電極の電位変動を小さくすることが可能となる。
【００１６】
また、本発明によれば、インタフェース回路は、ＣＭＯＳプロセスを用いて作成されたトリプルウェル構造により構成されるようにしたので、インタフェース回路を、生体への設置や装着が可能な大きさとすることが可能となる。
【００１７】
また、本発明によれば、微小電極に接続されるインタフェース回路と、インタフェース回路を介して微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発生装置と、インタフェース回路を介して微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器とを制御する制御手段との組み合わせを複数組備え、制御手段により動作を制御するようにしたので、複数の微小電極のそれぞれについて、異なる制御を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるインタフェース回路２を用いた生体電気信号記録システムの構成を示すブロック図である。
本実施形態による生体電気信号記録システムは、微小電極１と、インタフェース回路２と、電気刺激信号発生装置３と、主増幅器４と、制御手段であるパーソナルコンピュータ５とを備えている。
【００１９】
微小電極１は、生体の細胞等に設置された電極である。
インタフェース回路２は、微小電極１と、電気刺激信号発生装置３と、主増幅器４と、パーソナルコンピュータ５とに接続される。インタフェース回路２は、パーソナルコンピュータ５から送信される制御信号に基づいて、電気刺激信号発生装置３から入力される電気信号を、微小電極１を介して生体に印加し、一方、微小電極１から検出される生体由来の生体電気信号を、主増幅器４に出力する。また、インタフェース回路２は、トリプルウェル構造を有するＣＭＯＳ技術によって構成される。
【００２０】
電気刺激信号発生装置３は、パーソナルコンピュータ５から送信される制御信号に応じて、電気刺激信号を出力する。
主増幅器４は、パーソナルコンピュータ５から送信される制御信号に応じて、インタフェース回路２を介して入力される生体電気信号を増幅し、パーソナルコンピュータ５に出力する。主増幅器４で増幅された生体電気信号は、アナログ・デジタル変換されて、パーソナルコンピュータ５の記録手段（例えば、ハードディスク）等に記録される。
パーソナルコンピュータ５は、インタフェース回路２と、電気刺激信号発生装置３と、主増幅器４とのそれぞれに制御信号を送信して動作を制御する。また、微小電極１から検出され、インタフェース回路２を介して主増幅器４で増幅された生体電気信号を記録する。
【００２１】
図２は、図１に示すインタフェース回路２の具体的な構成を示すブロック図である。
インタフェース回路２は、加算回路２１と、入力増幅器２２と、直流電位保持回路２３と、スイッチ回路２４１と、スイッチ回路２４２と、スイッチ回路２４３と、スイッチ回路２４４とを備えている。
【００２２】
ここで、スイッチ回路２４３の一端は、電気刺激信号発生装置３に接続され、他端は、加算回路２１の加算器２１１の入力端の一端に接続される。また、スイッチ回路２４２の一端は、主増幅器４に接続されており、他端は、加算回路２１の保持電位増幅器２１２の入力端に接続される。保持電位増幅器２１２の出力端は、加算器２１１の入力端の他端に接続される。加算器２１１の出力端は、スイッチ回路２４４の一端に接続され、スイッチ回路２４４の他端は、微小電極１と、入力増幅器２２の入力端の一端に接続される。入力増幅器２２の入力端の他端は、接地される。入力増幅器２２の出力端は、スイッチ回路２４１の一端に接続される。スイッチ回路２４１の他端は、分岐され、直流電位保持回路２３の一端およびスイッチ回路２４２の一端に接続される。直流電位保持回路２３の他端は、接地される。
【００２３】
入力増幅器２２は、微小電極１から出力される生体電気信号を増幅する。ここで、入力増幅器２２の増幅率をαとする。
加算回路２１は、加算器２１１と保持電位増幅器２１２とを備えている。保持電位増幅器２１２は、直流電位保持回路２３の出力電圧を、入力増幅器２２の増幅率の略逆数の増幅率で増幅する。ここでは、１／αとなる。
直流電位保持回路２３には、入力増幅器２２から出力される生体信号の直流電位が保持される。
【００２４】
第１のスイッチ回路であるスイッチ回路２４１は、入力増幅器２２と直流電位保持回路２３との間に接続される。
第２のスイッチ回路であるスイッチ回路２４２は、保持電位増幅器２１２と主増幅器４との間に接続される。
第３のスイッチ回路であるスイッチ回路２４３は、加算器２１１と電気刺激信号発生装置３との間に接続される。
第４のスイッチ回路であるスイッチ回路２４４は、微小電極１と加算器２１１との間に接続される。
【００２５】
ここで、スイッチ回路２４１、スイッチ回路２４２、スイッチ回路２４３、スイッチ回路２４４は、パーソナルコンピュータ５からの制御信号により、図３に示すタイミングで制御される。通常時、生体からの生体電気信号記録時（時刻＜ｔ１、またはｔ４＜時刻）は、スイッチ回路２４１およびスイッチ回路２４２がオン、スイッチ回路２４３およびスイッチ回路２４４がオフになっている。このとき、微小電極１と入力増幅器２２と主増幅器４とが接続され、加算回路２１と電気刺激信号発生装置３とは切り離されている。
【００２６】
微小電極１に電気刺激信号を印加するときは、まず時刻ｔ１においてスイッチ回路２４１およびスイッチ回路２４２がオフに、スイッチ回路２４３がオンになる。スイッチ回路２４４はオフのままである。このとき、主増幅器４の入力電位は、直流電位保持回路２３により、切り離す直前の入力増幅器２２の出力電位に保持される。直流電位保持回路２３から加算器２１１への出力は、増幅器２１２を介して１／α倍されるため、切り離す直前の微小電極の電位となる。
【００２７】
さらに、時刻ｔ２においてスイッチ回路２４４をオンにした後、時刻ｔ３において電気刺激信号発生装置３から電気刺激信号が出力されて微小電極１に印加され、生体組織や細胞の電気的活動が励起される。時刻ｔ３に電気刺激信号が出力された後、一定時間、スイッチ回路２４１およびスイッチ回路２４２はオフ、スイッチ回路２４３およびスイッチ回路２４４はオンの状態に保たれる。このとき、直流電位保持回路２３の出力電位が保持電位増幅器２１２によって１／α倍した電位が、微小電極１に印加される。
【００２８】
次に、本実施形態による生体電気信号記録システムの動作例を説明する。通常時（時刻＜ｔ１時点）には、スイッチ回路２４１およびスイッチ回路２４２がオン、スイッチ回路２４３およびスイッチ回路２４４がオフになっており、微小電極１と入力増幅器２２と主増幅器４とが接続され、加算回路２１と電気刺激信号発生装置３とが切り離された状態となっている。こここでは、微小電極１から検出された生体電気信号が、入力増幅器２２によって増幅されて、また主増幅器４によって増幅されてパーソナルコンピュータ５に入力される。パーソナルコンピュータ５は、入力される生体電気信号を記録する。
【００２９】
その後、スイッチ回路２４１およびスイッチ回路２４２をオフに、スイッチ回路２４３をオンにすることで、微小電極１と入力増幅器２２と主増幅器４とを切り離すと同時に、加算回路２１と電気刺激信号発生装置３とを接続する。これにより、直流電位保持回路２３に保持された電位が、入力増幅器２２の増幅率の略逆数となる増幅率をもつ保持電位増幅器２１２によって増幅され、電気刺激信号発生装置３からの電気刺激信号に加算される。そして、スイッチ回路２４４をオンにした後、パーソナルコンピュータ５からの制御信号に応じて、電気刺激信号発生装置３が、電気刺激信号を出力する。ここで、直流電位保持回路２３から出力される電位が、電気刺激信号発生装置３に加算され、微小電極に印加される。その後、スイッチ回路２４１およびスイッチ回路２４２がオン、スイッチ回路２４３およびスイッチ回路２４４がオフになり、生体電気信号の記録が再開される。
【００３０】
以上の動作により、電気刺激信号の印加前後における微小電極１の電位は、電気刺激信号を印加する直前の微小電極１の直流電位に保たれるため、微小電極１の電位変動は最小に抑え、微小電極の直流電位のオフセット補償を行うことが可能となる。また、これらをＣＭＯＳプロセスにより作成されたＩＣチップで実現するため、インタフェース回路を、生体への設置や装着が可能な大きさとすることが可能となる。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態のインタフェース回路２−２を用いた生体電気信号記録システムの構成を示すブロック図である。第２の実施形態の生体電気信号記録システムは、第１の実施形態と同様に構成されており、同様の構成、動作については説明を省略する。
【００３２】
インタフェース回路２−２は、加算器２１１ａと増幅器２１２ａとからなる加算回路２１ａ、入力増幅器２２ａ、直流電位保持回路２３ａ、スイッチ回路２４１ａ、スイッチ回路２４２ａ、スイッチ回路２４３ａ、スイッチ回路２４４ａを備え、これらの組み合わせをインタフェースモジュールとしてｎ個（ｎは任意の数）備えている。これらのインタフェースモジュールが、微小電極１ａ〜ｎ、電気刺激信号発生装置３ａ〜ｎ、主増幅器４ａ〜ｎのそれぞれに対応付けられて接続されており、インタフェース回路２−２、電気刺激信号発生装置３ａ〜ｎ、主増幅器４ａ〜ｎは、パーソナルコンピュータ５−２から送信される制御信号によって動作が制御される。また、インタフェース回路２−２は、トリプルウェル構造を有するＣＭＯＳ技術によって実現できる。それぞれの電気刺激信号発生装置３ｉ、主増幅器４ｉと、スイッチ回路２４１ｉ、スイッチ回路２４２ｉ、スイッチ回路２４３ｉ、スイッチ回路２４４ｉ（ｉ＝ａ〜ｎ）の開閉は、パーソナルコンピュータ５により独立または同期して制御される。
【００３３】
このように、本実施形態によれば、複数の微小電極の中の一つ以上の任意の微小電極を選択して、生体祖織、あるいは細胞に対して順次電気刺激を与え、複数の電気刺激に対する複数の生体電気信号を微小電極で検出して記録することを、ＣＭＯＳプロセスにより作成されたＩＣチップで行うことが可能となる。
【００３４】
以上説明したように、本発明によれば、微小電極を介して生体への電気刺激信号の出力と生体電気信号の入力をする際に、電気刺激信号の印加による微小電極の電位の変動を抑えることが可能となる。また、本発明によれば、電気刺激と生体電気信号の記録をする際、生体へのインタフェース回路の設置が可能となり、微小電極とインタフェース回路との距離を短くして、ノイズの混入を抑えることが可能となる。さらに、本発明によれば、複数の微小電極の電位の変動を、電極毎に制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態によるインタフェース回路を用いた生体電気信号記録システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のインタフェース回路の構成を示すブロック図である。
【図３】スイッチ回路２４１、スイッチ回路２４２、スイッチ回路２４３、スイッチ回路２４４のオンとオフのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態によるインタフェース回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、１ａ〜ｎ・・・・・・・・・・微小電極
２・・・・・・・・・・・・・・・インタフェース回路
２１、２１ａ〜ｎ・・・・・・・・加算回路
２１１、２１１ａ〜ｎ・・・・・・加算器
２１２、２１２ａ〜ｎ・・・・・・保持電位増幅器
２２、２２ａ〜ｎ・・・・・・・・入力増幅器
２３、２３ａ〜ｎ・・・・・・・・直流電位保持回路
２４１、２４１ａ〜ｎ、２４２、２４２ａ〜ｎ、２４３、２４３ａ〜ｎ、２４４、２４４ａ〜ｎ・・・・・・・・・・・・スイッチ回路
３、３ａ〜ｎ・・・・・・・・・・電気刺激信号発生回路
４、４ａ〜ｎ・・・・・・・・・・主増幅器
【図１】
2010000124.tif 000003
【図２】
2010000124.tif 000004
【図３】
2010000124.tif 000005
【図４】
2010000124.tif 000006