(57)【要約】【課題】強靱性・耐久性が高く、脳の深部まで刺すことができ、１本でも複数の機能を発揮することができる神経用多機能電極を提供する。【解決手段】金属製で針状の電極本体１１が、側面に長さ方向に沿って伸びる溝１１ｄを有している。ガラス製の基部１２が、電極本体１１の溝１１ｄに設けられている。基部１２は、絶縁以外の機能を有する付加機能部として、表面に所定の間隔で設けられた複数の電極１３と、電極本体１１に沿って設けられた流路孔１４と光導波路１５とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製で針状の電極本体と、
前記電極本体の長さ方向に沿って、前記電極本体の側面または一部に設けられた基部と、
前記基部に設けられ、絶縁以外の機能を有する付加機能部とを、
有することを特徴とする神経用多機能電極。
【請求項２】
前記付加機能部は前記基部の表面に所定の間隔で設けられた複数の電極を有することを、特徴とする請求項１記載の神経用多機能電極。
【請求項３】
前記付加機能部は、前記電極本体に沿って設けられ、前記電極本体の先端側および末端側で開口した流路孔を有することを、特徴とする請求項１または２記載の神経用多機能電極。
【請求項４】
前記付加機能部は、前記電極本体に沿って設けられた光導波路を有することを、特徴とする請求項１、２または３記載の神経用多機能電極。
【請求項５】
前記付加機能部は、被設置部からの情報を取得可能なセンサを有することを、特徴とする請求項１、２、３または４記載の神経用多機能電極。
【請求項６】
前記電極本体は側面または一部に、長さ方向に沿って伸びる溝を有し、
前記基部は前記溝に設けられていることを、
特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の神経用多機能電極。
【請求項７】
前記基部は前記電極本体の先端部を除いて、前記電極本体の側面を覆うよう設けられていることを、特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の神経用多機能電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脳機能等の解明および治療を行うために、主に脳の内部に刺して使用される神経用多機能電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脳機能を解明するために、脳内に電極を刺入し神経細胞の活動電位を測定することが行われている。この際に用いられる電極としては、一般に、表面にガラス等により絶縁処理が施された金属製の針による単電極（例えば、特許文献１〜３参照）が使用されている。また、単電極よりも多くの情報を得るために、複数のシリコン製の針により構成された多点電極も使用されている。
【０００３】
さらに、近年では、シリコン製の針の側面に各種のセンサを貼り付けた電極（例えば、特許文献４または５参照）が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２３０１４９号公報
【特許文献２】特開平５−１２６７８２号公報
【特許文献３】特開２００３−２８７５１３号公報
【特許文献４】特開２００６−６８４０３号公報
【特許文献５】特開２００６−２３０９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シリコン製の針により構成された電極や特許文献４および５に記載のシリコン製の針を使用した電極は、シリコンが脆く、折れたり割れたりしやすいため、脳硬膜を介しての刺入や脳深部への到達が困難であり、安全性に問題があるという課題があった。また、特許文献１〜３に記載の金属製の単電極は、脳の深部まで刺すことはできるが、１本で１点の電位測定しか行うことができず、多数の情報を得るのが困難であるという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、強靱性・耐久性が高く、脳の深部まで刺すことができ、１本でも複数の機能を発揮することができる神経用多機能電極を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る神経用多機能電極は、金属製で針状の電極本体と、前記電極本体の長さ方向に沿って、前記電極本体の側面または一部に設けられた基部と、前記基部に設けられ、絶縁以外の機能を有する付加機能部とを、有することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る神経用多機能電極は、針状の電極本体が金属製であるため、強度が高く、脳の深部まで刺しても折れにくい。また、基部が、ガラス等の脆弱な構造物から成る場合であっても、金属製の電極本体により保護されるため、折れたり割れたりしにくい。このように、本発明に係る神経用多機能電極は、強靱性・耐久性が高く、例えば脳硬膜や脳深部への刺入に際し、破損することなく使用することができる。電極本体による電位測定の他に、付加機能部により絶縁以外の機能を有しているため、１本でも複数の機能を発揮することができる。
【０００９】
本発明に係る神経用多機能電極は、脳などの被設置部に刺すとき、電極本体の先端の電位を測定することにより、神経細胞層への到達を鋭敏に確認でき、脳の内部に刺入するときのナビゲーションとして利用することができる。また、本発明に係る神経用多機能電極で、基部は素材として、ガラス、シリコン等各種酸化物からなる基剤、ポリマー素材、各種ゲル体などの使用が可能である。基部は、１つであっても複数であってもよい。
【００１０】
本発明に係る神経用多機能電極で、前記付加機能部は前記基部の表面に所定の間隔で設けられた複数の電極を有していてもよい。この場合、多点で電位測定を行うことができ、１本でも単電極の場合より多くの情報を得ることができる。また、電極本体の先端と付加機能部の複数の電極との距離から、被設置部に刺入した際の深度を把握することができる。さらに、電極本体の先端を付加機能部の複数の電極に対する基準電極として用いることもできる。複数の電極は、脳内部などの異なる空間位置に分布する神経細胞の機能の違いや互いの相関関係を調べるため、電極本体の表面上に所定の間隔で設けられていることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る神経用多機能電極で、前記付加機能部は、前記電極本体に沿って設けられ、前記電極本体の先端側および末端側で開口した流路孔を有していてもよい。この場合、流路孔を利用して、薬剤や化学物質、遺伝子ベクターなどを脳などの内部に注入することができる。これにより、注入した薬剤などの刺激に対する脳などの反応を各種モニターによって測定することができる。また、流路孔を利用して、脳などの内部の物質を取得することもできる。流路孔は、基部の内部に加工形成するほか、PEEK樹脂やポリイミド樹脂やガラスなどによる微細管を用いてもよい。
【００１２】
本発明に係る神経用多機能電極で、前記付加機能部は、前記電極本体に沿って設けられた光導波路を有していてもよい。この場合、光導波路により、脳などの内部に光による刺激を与えることができるとともに、細胞の発する光を測定することができる。これにより、光の刺激に対する脳などの反応を各種モニターによって測定することができる。光導波路は、光透過性の素材からなるもので、使用する光の波長に応じて適宜選定されることが好ましい。素材としては、固体だけに限るものではなく、液体・気体を封止したものでもよい。例えば、光として紫外光を用いた場合には、石英・人工石英・透光性酸化物・各種液体・イオン性液体等が用いられる。また、可視光を用いた場合には、前述の素材の他にポリマー素材・ガラス等が使用可能である。また、赤外光を用いた場合には、CaF2、MgF2、Ge、ZnSe等の光学材料等が用いられる。これらの使用材料はほんの一例を示したもので、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。光導波路は、これらの材料を細いファイバー状に加工し、屈折率を外周にむけて順次変化させた所謂クラッド型光ファイバー、もしくは表面に光反射層を設けた光ファイバー等に加工されたものであってもよい。また、既存の光ファイバーから成っていてもよい。
【００１３】
本発明に係る神経用多機能電極で、前記付加機能部は、被設置部からの情報を取得可能なセンサを有していてもよい。この場合、センサの種類に応じた、被設置部である脳などの内部の情報を得ることができる。センサは、脳などの内部の情報を取得可能なものであれば、いかなるものであってもよく、例えば、酵素型バイオセンサ等から成っている。センサは、１つであっても複数であってもよく、複数種類の組合せであってもよい。
【００１４】
本発明に係る神経用多機能電極は、付加機能部として、複数の電極、流路孔、光導波路およびセンサのうち、複数を有していてもよい。この場合、被設置部に対して複数種類の経路を有することができ、それぞれが刺激とモニターの両面の作用を有することにより、相乗効果を得ることができる。つまり、複数の種類のモニターを行うだけでなく、１つの経路で与えた刺激を他の経路によってモニターするという双方向性の機能が得られる。例えば、流路孔を利用して、薬剤や化学物質、遺伝子ベクターなどを脳などの内部に注入し、注入した薬剤などの刺激に対する脳などの反応を、電極や光導波路、センサ等の各種モニターによって測定したり、光導波路により脳などの内部に光による刺激を与え、その光の刺激に対する脳などの反応を、電極や流路孔、センサ等の各種モニターによって測定したりすることができる。
【００１５】
本発明に係る神経用多機能電極で、前記電極本体は側面または一部に、長さ方向に沿って伸びる溝を有し、前記基部は前記溝に設けられていることが好ましい。この場合、電極本体が金属製であるため、放電加工などにより溝の加工が容易である。また、基部を溝の内部に埋め込み接着することにより、基部の剥離や破損の危険性を低下させることができ、より耐久性を高めることができる。また、電極本体と基部との一体化は、キャスティングでの埋込み、接着剤での貼り付け、フィルムを用いてのラミネート、樹脂による封止などによって行われてもよい。
【００１６】
本発明に係る神経用多機能電極で、前記基部は前記電極本体の先端部を除いて、前記電極本体の側面を覆うよう設けられていてもよい。この場合、断面内で基部の面積を大きくすることができるため、より多くの付加機能部を設けることができる。この構成は、例えば、基部として電極本体の外周を覆う微細管を用いる方法や、複数の側面に基部を設置する方法などにより形成可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、強靱性・耐久性が高く、脳の深部まで刺すことができ、１本でも複数の機能を発揮することができる神経用多機能電極を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の神経用多機能電極を示す拡大正面図である。
【図２】図１に示す神経用多機能電極の（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。
【図３】図１に示す神経用多機能電極の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の神経用多機能電極の（ａ）溝および基部の変形例を示す断面図、（ｂ）基部が２枚のフィルム基板から成る変形例を示す断面図、（ｃ）基部が４枚のフィルム基板から成る変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の神経用多機能電極の、基部がガラス管から成る変形例を示す（ａ）断面図、（ｂ）拡大正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図５は、本発明の実施の形態の神経用多機能電極を示している。
図１乃至図３に示すように、神経用多機能電極１０は、電極本体１１と基部１２と複数の電極１３と流路孔１４と光導波路１５とを有している。なお、複数の電極１３、流路孔１４、および光導波路１５が付加機能部を構成している。
【００２０】
電極本体１１は、タングステン製で、先端部１１ａがテーパー状に加工されて尖った針状を成している。電極本体１１は、側面に、長さ方向に沿って伸びる溝１１ｄを有している。溝１１ｄは、矩形状の断面形状を成し、テーパー状の先端部１１ａの付け根付近から末端１１ｃまで伸びるよう形成されている。電極本体１１は、先端部１１ａの尖った先端１１ｂを除いて、表面がパリレンやエポキシなどで絶縁コーティングされている。電極本体１１は、先端１１ｂが電極として機能するよう構成されている。
【００２１】
基部１２は、ガラス製で、細長く形成されている。基部１２は、角棒状で、電極本体１１の溝１１ｄと同じ、幅、高さ、および長さを有している。基部１２は、電極本体１１の長さ方向に沿って、電極本体１１の側面の溝１１ｄの内部に接着剤で固定されている。基部１２は、下層が長さ方向に沿った２つの管状の中空部を有する石英管１２ａで構成されている。
【００２２】
複数の電極１３は、基部１２の表面に露出するよう設けられている。各電極１３は、電極本体１１の先端１１ｂの側から、電極本体１１の長さ方向に沿って所定の間隔で設けられている。各電極１３は、基部１２の表層に加工されて埋め込まれた配線１３ａにより、電極本体１１の末端１１ｃの側に設けられた複数の端子と接続されている。
【００２３】
流路孔１４は、基部１２の石英管１２ａの一方の中空部により形成されている。流路孔１４は、電極本体１１に沿って、電極本体１１の先端１１ｂの側から末端１１ｃの側まで伸びるよう設けられている。流路孔１４は、電極本体１１の先端１１ｂの側および末端１１ｃの側に、それぞれ開口を有している。
【００２４】
光導波路１５は、光ファイバーから成り、基部１２の石英管１２ａの他方の中空部の内部に挿入されている。光導波路１５は、電極本体１１に沿って、電極本体１１の先端１１ｂの側から末端１１ｃの側まで伸びるよう設けられている。光導波路１５は、電極本体１１の先端１１ｂの側および末端１１ｃの側で、それぞれ露出している。
【００２５】
神経用多機能電極１０は、電極本体１１の末端１１ｃにコネクタ１６を接続して使用される。コネクタ１６は、基部１２の電極本体１１の末端１１ｃの側に設けられた各端子や流路孔１４の開口、光導波路１５の露出部に接続可能に構成されている。神経用多機能電極１０は、コネクタ１６を介して、電極本体１１の先端１１ｂや各電極１３の電位を測定したり、流路孔１４に物質を注入したり、光導波路１５に光を通したりするようになっている。
【００２６】
なお、具体的な一例では、電極本体１１は、長さが４０ｍｍ、直径が３５０μｍであり、先端部１１ａが、長さ方向に対して約１０度の角度でテーパー加工されている。また、電極本体１１の溝１１ｄは、幅が２４０μｍ、深さが１７０μｍである。電極１３は、８個から成り、それぞれの間隔は約１５０μｍである。
【００２７】
次に、作用について説明する。
神経用多機能電極１０は、脳機能の解明および治療を行うために、脳の内部に刺して使用される。神経用多機能電極１０は、針状の電極本体１１がタングステン製であるため、強度が高く、脳の深部まで刺しても折れにくい。また、本来脆弱な構造物であるガラス製の基部１２が、金属針状の電極本体１１の溝１１ｄに収納されることにより保護されるため、折れたり割れたりしにくい。このように、神経用多機能電極１０は、強靱性・耐久性が高く、脳硬膜や脳深部への刺入に際し、破損することなく使用することができる。また、耐久性が高いため、必要に応じて長さを長くすることもできる。
【００２８】
神経用多機能電極１０は、電極本体１１の先端１１ｂで電位を測定することができるとともに、各電極１３により多点での電位測定を行うことができる。また、流路孔１４を利用して、薬剤や化学物質、遺伝子ベクターなどを脳の内部に注入することができる。さらに、光導波路１５により、脳の内部に光による刺激を与えることもできるとともに、細胞の発する光を測定することができる。流路孔１４から注入した薬剤などの刺激に対する脳の反応を、電極本体１１の先端１１ｂや各電極１３、光導波路１５によって測定したり、光導波路１５からの光の刺激に対する脳の反応を、電極本体１１の先端１１ｂや各電極１３、流路孔１４を利用して測定したりすることができる。このように、神経用多機能電極１０は、電極本体１１による電位測定の他に、絶縁以外の機能を有しており、１本でも多点電位測定、薬剤注入、光照射などの複数の機能を発揮することができる。また、脳に対して複数種類の経路を有するため、それぞれが刺激とモニターの両面の作用を有することにより、相乗効果を得ることができる。つまり、複数の種類のモニターを行うだけでなく、１つの経路で与えた刺激を他の経路によってモニターするという双方向性の機能が得られる。神経用多機能電極１０によれば、従来の単電極より多くの情報を得ることができる。
【００２９】
神経用多機能電極１０は、脳に刺すとき、電極本体１１の先端１１ｂの電位を測定することにより、脳皮質の神経細胞層への到達を鋭敏に確認することができる。また、神経細胞層への到達を確認した位置から、脳の内部に向かって刺した長さにより、脳の内部に刺さった深さを把握することができる。このため、各電極１３や流路孔１４、光導波路１５の位置を、脳の内部に確実に配置することができるとともに、脳の内部での位置を把握したり、調整したりすることもできる。また、電位記録時に、先端１１ｂを基準電極、各電極１３を記録電極として用いることもできる。このように、神経用多機能電極１０では、電極本体１１の先端１１ｂの電位を測定して、脳の内部に設置するときのナビゲーションや基準電極として利用することができる。
【００３０】
神経用多機能電極１０で、各電極１３は、電極本体１１の長さ方向に沿って所定の間隔で設けられているため、脳の内部の深さ方向で異なる細胞層における機能の違いや互いの相互関係を調べることができる。神経用多機能電極１０は、電極本体１１が金属製であるため、溝１１ｄの加工が容易である。また、基部１２がガラス製であるため、各電極１３や配線の加工、流路孔１４、光導波路１５の設置が容易である。基部１２を溝１１ｄの内部に埋め込み接着しているため、基部１２の剥離や破損の危険性を低下させることができ、より耐久性を高めることができる。
【００３１】
なお、神経用多機能電極１０は、基部１２に、脳からの情報を取得可能な各種のセンサを有していてもよい。この場合、センサの種類に応じた、脳の内部の情報を得ることができる。センサは、脳の内部の情報を取得可能なものであれば、いかなるものであってもよく、例えば、酵素型バイオセンサ等から成っている。センサは、１つであっても複数であってもよく、複数種類の組合せであってもよい。
【００３２】
また、図４（ａ）に示すように、神経用多機能電極１０で、電極本体１１が、互いに側面の反対側に、長さ方向に沿って伸びる１対の溝２１ｄを有し、基部１２が、各溝２１ｄに設けられた１対の樹脂製基部２２ａ、２２ｂと、樹脂製基部２２ａの表面に貼り付けられたポリマー基剤による薄型フィルム基板から成るフィルム基部２２ｃとから成り、複数の電極１３がフィルム基部２２ｃの表面に設けられ、流路孔１４が微細管から成り、樹脂製基部２２ｂに設けられ、光導波路１５が光ファイバ製で、樹脂製基部２２ａに設けられていてもよい。
【００３３】
図４（ｂ）および（ｃ）に示すように、神経用多機能電極１０は、電極本体１１の複数の側面に、長さ方向に沿ってフィルム基板から成る複数の基部１２が貼り付けられ、各基部１２に複数の電極１３などの付加機能部が設けられていてもよい。基部１２のフィルム基板は、図４（ｂ）に示す一例では、電極本体１１の反対側の側面に２枚貼り付けられ、図４（ｃ）に示す一例では、電極本体１１の４つの側面に４枚貼り付けられている。
【００３４】
図５に示すように、神経用多機能電極１０で、基部１２は、ガラス管から成り、電極本体１１の先端部１１ａを除いて、電極本体１１の側面を覆うよう設けられていてもよい。この場合、断面内で基部１２の面積を大きくすることができるため、より多くの付加機能部を設けることができる。
【００３５】
神経用多機能電極１０は、主に脳内への刺入によって用いられるが、脊髄、末梢神経も対象となる。多数の電極１３から成る導電路を有するため、多点電極として異なる神経細胞から同時に情報取得ができる。また、光導波路１５、流路孔１４、各種センサなどを１本の電極内に実装することにより、それぞれの経路において双方向性に刺激と測定とを行うことができる。このため、電極の多点化という性能向上に留まらず、生化学的、生体光工学的、遺伝子工学的、免疫組織学的手法などの技術の融和を図ることができ、脳など神経機能の解明に留まらず脳疾患などの治療にも利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  神経用多機能電極
１１  電極本体
１１ａ  先端部
１１ｂ  先端
１１ｃ  末端
１１ｄ  溝
１２  基部
１２ａ  石英管
１３  電極
１３ａ  配線
１４  流路孔
１５  光導波路
１６  コネクタ
【図１】
2011036360.tif 000003
【図２】
2011036360.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011036360.tif 000006
【図５】
2011036360.tif 000007