(57)【要約】刺激を脊髄に印加するように構成される埋め込み型電極アレイアセンブリ。本デバイスの実質的に電気的に非伝導性の層は、複数の第１の開口部を含む、脊髄に平行して位置付け可能な第１の部分を有する。層は、複数の第２の開口部を含む第２の部分を有する。電極およびトレースは、本デバイスの本体部分の周辺部分の内側に、かつ層に平行して位置付けられる。第１の開口部のうちの少なくとも１つは、電極のそれぞれに隣接して、電極が刺激を脊髄に提供し得る経路を提供する。第２の開口部のうちの少なくとも１つは、トレースのそれぞれに隣接して、トレースが刺激を受容し得る経路を提供する。少なくとも１つのトレースは、それぞれの電極に接続され、トレースによって受容される刺激を電極に伝導するように構成される。【選択図】図１
2014508581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脊髄と併用するための埋め込み型デバイスであって、
周辺部分と、実質的に電気的に非伝導性の材料で構成される第１の層と、を有する、本体部分であって、前記第１の層は、第１の部分および第２の部分を有し、前記第１の部分は、前記脊髄に平行して位置付け可能であり、かつ第１の複数の開口部を備え、前記第２の部分は、第２の複数の開口部を備える、本体部分と、
前記周辺部分の内側に、かつ前記第１の層の前記第１の部分に平行して位置付けられる複数の電極であって、前記第１の複数の開口部のうちの少なくとも１つは、前記電極のそれぞれに隣接して、前記第１の部分が前記脊髄に平行して位置付けられるときに、前記電極が電気刺激を前記脊髄に提供し得る経路を提供する、複数の電極と、
前記周辺部分の内側に、かつ前記第１の層に平行して位置付けられる複数のトレースであって、前記第２の複数の開口部のうちの少なくとも１つは、前記トレースのそれぞれに隣接して、前記トレースが電気刺激を受容し得る経路を提供し、前記トレースのうちの１つ以上は、前記電極のそれぞれに接続され、かつ前記トレースのうちの１つ以上によって受容される電気刺激を前記電極に伝導するように構成される、複数のトレースと、
を備える、デバイス。
【請求項２】
前記複数のトレースは、異なる電気刺激を前記複数の電極のうちの異なる電極に伝導するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記複数のトレースは、電気刺激を前記複数の電極のすべてよりも少ない電極に伝導するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第１の層の前記第１の部分は、前記脊髄の硬膜に対して位置付け可能であり、前記複数の電極は、電気刺激を前記硬膜に提供するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記周辺部分は、前記第１の層に隣接して位置付けられるフレームを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１の層は、複数のグリッド構造を備え、前記グリッド構造のうちの異なるグリッド構造は、前記複数の電極のそれぞれに隣接し、
それぞれのグリッド構造は、複数のセルを備え、
前記複数の電極のそれぞれに対して、前記電極に隣接する前記第１の複数の開口部のうちの前記少なくとも１つはそれぞれ、前記電極に隣接する前記グリッド構造の前記セルのうちの異なるセルの内側に位置付けられる、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記複数の電極のそれぞれに隣接する前記第１の複数の開口部のうちの前記少なくとも１つは、２つ以上の開口部を備える、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記電極のそれぞれに接続される前記トレースのうちの前記１つ以上は、２つのトレースを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記本体部分は、第２の層をさらに備え、前記複数の電極および前記複数のトレースは、前記第１の層と前記第２の層との間に位置付けられる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記本体部分の前記第２の層の少なくとも一部と、前記第１の層の前記第１の部分と前記第１の層の前記第２の部分との間の前記第１の層の一部と、をコーティングする可撓性外側コーティングをさらに備える、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記外側コーティングは、生物医学グレードのエポキシおよびシリコーンエラストマーのうちの少なくとも１つを備える、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１の層および前記第２の層はそれぞれ、パリレン−Ａ、パリレン−Ｃ、パリレン−ＡＭ、パリレン−Ｆ、パリレン−Ｎ、およびパリレン−Ｄのうちの少なくとも１つで構成される、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第１の層は、パリレン−Ａ、パリレン−Ｃ、パリレン−ＡＭ、パリレン−Ｆ、パリレン−Ｎ、およびパリレン−Ｄのうちの少なくとも１つで構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
埋め込み型電極アレイアセンブリを構成する方法であって、
少なくとも１つのトレースが複数の電極のそれぞれに接続される、前記複数の電極および複数のトレースを画定する電気的に伝導性の材料のパターン化された層を形成することと、
第１の層が隣接する前記パターン化された層である、実質的に電気的に非伝導性の材料の前記第１の層を形成することと、
第１の開口部が前記第１の層を通る前記複数の電極へのアクセスを提供し、前記第１の開口部の異なるグリッド画定部分が前記電極のそれぞれに隣接し、それぞれのグリッド画定部分が前記電極の複数の接点を前記グリッド画定部分が隣接する部分に暴露する、複数の前記第１の開口部を前記第１の層内に形成することと、
第２の開口部が前記第１の層を通る前記複数のトレースへのアクセスを提供する、複数の前記第２の開口部を前記第１の層内に形成することと、
を含む、方法。
【請求項１５】
犠牲層を基板上に位置付けることと、
前記パターン化された層が第２の層上に位置付けられる、実質的に電気的に非伝導性の材料の前記第２の層を前記犠牲層上に形成することと、
前記犠牲層を除去し、それによって、前記第２の層を前記基板から解放することと、
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
フレーム層を前記基板上に形成することをさらに含み、前記フレーム層は、前記第２の層の下にあり、前記フレーム層は、フレームを前記パターン化された層の周囲に少なくとも部分的に画定する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の層および前記第２の層はそれぞれ、パリレン−Ａ、パリレン−Ｃ、パリレン−ＡＭ、パリレン−Ｆ、パリレン−Ｎ、およびパリレン−Ｄのうちの少なくとも１つから形成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の層および前記第２の層は、同一の材料から形成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記パターン化された層は、金属付着技術を用いて前記第２の層上に形成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属付着技術は、電子ビーム蒸着である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記犠牲層は、フォトレジスト材料を備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記基板は、シリコンウエハである、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の層の少なくとも一部および前記第１の層の少なくとも一部にコーティングを塗布することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記複数の第１の開口部は、前記第１の層内にエッチングされる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記複数の第２の開口部は、前記第１の層内にエッチングされる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
電気刺激を発生させるように構成される、刺激発生器と、
少なくとも１つの椎骨に接続可能な近位端部分と、前記脊髄に沿って位置付け可能な遠位端部分と、を有する、埋め込み型電極アレイアセンブリであって、前記近位端部分は、前記遠位端部分上に位置付けられる複数の電極との複数の電気的接続を有する、埋め込み型電極アレイアセンブリと、
前記少なくとも１つの椎骨に接続され、かつ前記アセンブリを前記少なくとも１つの椎骨に接続するように構成される、ベースプレートと、
前記ベースプレートおよび前記刺激発生器に接続される複数のワイヤであって、前記複数のワイヤは、前記刺激発生器が発生した電気刺激を前記ベースプレートに伝導するように構成され、前記ベースプレートは、前記電気刺激を前記アセンブリの前記近位端部分の前記複数の電気的接続に伝導するように構成される、複数のワイヤと、
を備える、システム。
【請求項２７】
前記ベースプレートに接続され、かつ前記アセンブリの前記近位部分の少なくとも一部に張り出して、前記アセンブリの外部の動的組織からの保護を支援するように位置付けられる張り出し部分をさらに備える、請求項２６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる、２０１１年１月２１日出願の米国仮出願６１／４３５，１８８号の利益を主張するものである。
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
本発明は、米国陸軍医学研究及び物資司令部によって付与された認可番号Ｗ８１ＸＷＨ−０９−２−００２４、および国立衛生研究所によって付与された認可番号ＥＢ００７６１５の下、政府支援によって行われた。政府は本発明において一定の権利を所有している。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、概して、埋め込み型電極アレイに関し、より具体的には、電気刺激を脊髄に送達するために使用される、埋め込み型電極アレイに関する。
背景技術
脊髄損傷は、米国だけで１，３００万人を超える人々が悩ませられていると推定され、５百万人を超える人々が麻痺状態であると推定されている。「Ｏｎｅ  Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ：  Ｐａｒａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｓｐｉｎａｌ  Ｃｏｒｄ  Ｉｎｊｕｒｙ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ」  Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ  ａｎｄ  Ｄａｎａ  Ｒｅｅｖｅ  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  （２００９）を参照されたい。麻痺の消耗性性質は、生活の質に深刻な影響を及ぼし、部分的に有効な治療でさえ、科学界にとって、非常に望ましい目標となっている。
【０００３】
幸いにも、動物における実験研究は、多少のレベルの運動回復が可能であることが示している。特に、硬膜外脊髄刺激は、ラットにおいて、歩進を誘発することが示されている。Ｒ．  Ｍ．  Ｉｃｈｉｙａｍａ，  Ｇ．  Ｃｏｕｒｔｉｎｅ，  Ｙ．  Ｐ．  Ｇｅｒａｓｉｍｅｎｋｏ，  Ｇ．  Ｊ．  Ｙａｎｇ，  Ｒ．  Ｂｒａｎｄ，  Ｉ．  Ｌａｖｒｏｖ，  Ｈ．  Ｚｈｏｎｇ，  Ｒ．  Ｒｏｙ，  Ｖ．  Ｒ．  Ｅｄｇｅｒｔｏｎ，  “Ｓｔｅｐ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｓ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｓｐｉｎａｌ  Ｌｏｃｏｍｏｔｏｒ  Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ  ｉｎ  Ａｄｕｌｔ  Ｓｐｉｎａｌ  Ｒａｔｓ”，  Ｊ．  Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ，  ｖｏｌ．  ２９，  ｐｐ．  ７３７０−７３７５  （２００８）；  および  Ｒ．Ｍ．  Ｉｃｈｉｙａｍａ，  Ｙ．Ｐ．  Ｇｅｒａｓｉｍｅｎｋｏ，  Ｈ．  Ｚｈｏｎｇ，  Ｒ．Ｒ．  Ｒｏｙ，  Ｖ．Ｒ．  Ｅｄｇｅｒｔｏｎ，  “Ｈｉｎｄｌｉｍｂ  ｓｔｅｐｐｉｎｇ  ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ  ｉｎ  ｃｏｍｐｌｅｔｅ  ｓｐｉｎａｌ  ｒａｔｓ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｅｐｉｄｕｒａｌ  ｓｐｉｎａｌ  ｃｏｒｄ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ，”  Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｖｏｌ．  ３８３，  ｉｓｓｕｅ  ３，  ｐｐ．  ３３９−３４４  （２００５）を参照されたい。これらの研究では、ラットは、最大８つのワイヤ電極が埋め込まれた。埋め込まれたワイヤ電極はそれぞれ、ヘッドプラグから、ラットの頸部にかけて、脊髄まで延在していた。試験の間、ラットはそれぞれ、その後肢がトレッドミル上に位置付けられるように、拘束衣内に懸吊された。脊髄損傷から約２週間後、脊髄が刺激されると、明らかな歩進パターンが、見られた。これは、電気刺激が、脊髄内の中枢パターン発生器を活性化したことを示唆した。
【０００４】
以下の刊行物は、電気刺激を脊髄に印加するために使用される電極アレイに関連する研究の実施例を提供する：  Ｄ．Ｃ．  Ｒｏｄｇｅｒ，  Ｗ．  Ｌｉ，  Ａ．Ｊ．  Ｆｏｎｇ，  Ｈ．  Ａｍｅｒｉ，  Ｅ．  Ｍｅｎｇ，  Ｊ．Ｗ．  Ｂｕｒｄｉｃｋ，  Ｒ．Ｒ．  Ｒｏｙ，  Ｖ．  Ｒｅｇｇｉｅ  Ｅｄｇｅｒｔｏｎ，  Ｊ．Ｄ．  Ｗｅｉｌａｎｄ，  Ｍ．Ｓ．  Ｈｕｍａｙｕｎ，  Ｙ．Ｃ．  Ｔａｉ，  “Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｐａｒｙｌｅｎｅ  ｍｕｌｔｉｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  ｒｅｔｉｎａｌ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｓｐｉｎａｌ  ｃｏｒｄ  ｆｉｅｌｄ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，”  Ｐｒｏｃ．  ４ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＩＥＥＥ−ＥＭＢＳ  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｔｏｐｉｃ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ａｎｄ  Ｂｉｏｌｏｇｙ，  Ｏｋｉｎａｗａ，  Ｊａｐａｎ，  ｐｐ．  ３１−３４  （２００６）；  Ｋ．  Ｗ．  Ｍｅａｃｈａｍ，  Ｒ．  Ｊ．  Ｇｉｕｌｙ，  Ｌ．  Ｇｕｏ，  Ｓ．  Ｈｏｃｈｍａｎ，  Ｓ．  Ｐ．  ＤｅＷｅｅｒｔｈ，  “Ａ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃａｌｌｙ−ｐａｔｔｅｒｎｅｄ，  ｅｌａｓｔｉｃ  ｍｕｌｔｉ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｒｒａｙ  ｆｏｒ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｓｐｉｎａｌ  ｃｏｒｄ”，  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅｓ，  ｖｏｌ．  １０，  ｎｏ．  ２，  ｐｐ  ２５９−２６９  （２００８）；  および  Ｄ．  Ｃ．  Ｒｏｄｇｅｒ，  Ｗｅｎ  Ｌｉ，  Ｈ．  Ａｍｅｒｉ，  Ａ．  Ｒａｙ，  Ｊ．Ｄ．  Ｗｅｉｌａｎｄ，  Ｍ．  Ｓ．  Ｈｕｍａｙｕｎ，  Ｙ．Ｃ．  Ｔａｉ，  “Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐａｒｙｌｅｎｅ−ｂａｓｅｄ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｒａｏｃｕｌａｒ  Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｐｒｏｓｔｈｅｓｅｓ，”  Ｐｒｏｃ．  ＩＥＥＥ−ＮＥＭＳ  ２００６，  ｐｐ  ７４３−７４６  （２００６）。
【０００５】
前述に列挙された刊行物および他の研究は、高密度電極アレイのための種々の設計を導き、研究をさらに進めているが、残念ながら、これらの設計のいずれも、常在的埋め込みに成功していない。常在的埋込は、研究を行う、患者の運動（例えば、歩進、起立、把持、および同等物）を支援する、自発的機能（例えば、排尿）の制御を改善する、自律プロセス（例えば、温度制御）の機能性を改善する等、多くの用途に必要であるため、常在的インプラントの必要性が存在する。また、電気シグナルを脊髄に沿って選択された場所により正確に送達するように構成される、電極アレイアセンブリの必要性も存在する。本願は、これらおよび以下の発明を実施するための形態および付随の図から明白となる他の利点を提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、電気刺激を対象（例えば、ヒトまたはラット等の他の哺乳類）の脊髄に印加するように構成される、埋め込み型デバイスを含む。デバイスは、本体部分および第１の層を含む。本体部分は、周辺部分を有する。随意に、周辺部分は、第１の層に隣接して位置付けられるフレームを含む。フレームは、実質的に電気的に非伝導性の材料（例えば、パリレン−Ａ、パリレン−Ｃ、パリレン−ＡＭ、パリレン−Ｆ、パリレン−Ｎ、パリレン−Ｄ、および同等物）の１つ以上の層で構成されてもよい。第１の層は、実質的に電気的に非伝導性の材料で構成される。いくつかの実施形態では、第１の層は、パリレン−Ａ、パリレン−Ｃ、パリレン−ＡＭ、パリレン−Ｆ、パリレン−Ｎ、およびパリレン−Ｄのうちの少なくとも１つで構成される。第１の層は、第１の部分および第２の部分を有する。第１の部分は、脊髄に平行して位置付け可能であって、第１の複数の開口部を含む。例えば、第１の層の第１の部分は、脊髄の硬膜に対して位置付けられ、デバイスは、電気刺激を硬膜に提供するように構成されてもよい。第２の部分は、第２の複数の開口部を含む。
【０００７】
複数の電極が、周辺部分の内側に、かつ第１の層の第１の部分に平行して位置付けられる。第１の複数の開口部のうちの少なくとも１つは、電極のそれぞれに隣接して、第１の部分が脊髄に平行して位置付けられるときに、電極が電気刺激を脊髄に提供し得る経路を提供する。いくつかの実施形態では、第１の複数の開口部のうちの２つ以上は、複数の電極のそれぞれに隣接する。第１の層の第１の部分が、脊髄の硬膜に対して位置付けられるべき実施形態では、複数の電極は、電気刺激を硬膜に提供するように構成される。
【０００８】
複数のトレースが、周辺部分の内側に、かつ第１の層に平行して位置付けられ、第２の複数の開口部のうちの少なくとも１つは、トレースのそれぞれに隣接して、トレースが電気刺激を受容し得る経路を提供する。トレースのうちの１つ以上は、電極のそれぞれに接続され、トレースのうちの１つ以上によって受容される電気刺激を電極に伝導するように構成される。いくつかの実施形態では、トレースのうちの２つは、電極のそれぞれに接続される。特定の実施形態では、複数のトレースは、異なる電気刺激を複数の電極のうちの異なる電極に伝導するように構成される。さらに、複数のトレースは、電気刺激を複数の電極の全部未満に伝導するように構成される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、第１の層は、複数のグリッド構造を含み、グリッド構造のうちの異なるグリッド構造は、複数の電極のそれぞれに隣接する。それぞれのグリッド構造は、複数のセルを画定する。複数の電極のそれぞれに対して、電極に隣接する第１の複数の開口部のうちの少なくとも１つはそれぞれ、電極に隣接するグリッド構造のセルのうちの異なるセルの内側に位置付けられる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、本体部分は、第２の層を含む。そのような実施形態では、複数の電極および複数のトレースは、第１の層と第２の層との間に位置付けられてもよい。第１の層および第２の層はそれぞれ、パリレン−Ａ、パリレン−Ｃ、パリレン−ＡＭ、パリレン−Ｆ、パリレン−Ｎ、およびパリレン−Ｄのうちの少なくとも１つから構成されてもよい。随意に、可撓性外側コーティングが、本体部分の第２の層の少なくとも一部および第１の層の第１の部分と第１の層の第２の部分との間の第１の層の一部をコーティングしてもよい。外側コーティングは、生物医学グレードのエポキシおよびシリコーンエラストマーのうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【００１１】
実施形態はまた、電気刺激を対象（例えば、ヒトまたはラット等の他の哺乳類）の脊髄に印加するように構成される、埋め込み型電極アレイアセンブリを構成する方法を含む。本方法は、複数の電極および複数のトレースを画定する、電気的に伝導性の材料のパターン化された層を形成することを含み、少なくとも１つのトレースは、複数の電極のそれぞれに接続される。本方法はまた、パターン化された層に隣接する、実質的に電気的に非伝導性の材料の第１の層を形成することを含む。本方法はまた、複数の第１の開口部および複数の第２の開口部を第１の層内に形成（例えば、エッチング）することを含む。第１の開口部は、第１の層を通る複数の電極へのアクセスを提供する。第１の開口部の異なるグリッド画定部分は、電極のそれぞれに隣接する。それぞれのグリッド画定部分は、それに対してグリッド画定部分が隣接する、電極の複数の接点を暴露する。複数の第２の開口部は、第１の層を通る複数のトレースへのアクセスを提供する。
【００１２】
特定の実施形態では、本方法はさらに、犠牲層（例えば、フォトレジスト材料の層）を基板（例えば、シリコンウエハ）上に位置付けることと、実質的に電気的に非伝導性の材料の第２の層を犠牲層上に形成することと、犠牲層を除去し、それによって、第２の層を基板から解放することとを含む。そのような実施形態では、パターン化された層は、第２の層上に位置付けられる。パターン化された層は、金属付着技術（例えば、電子ビーム蒸着）を用いて第２の層上に形成されてもよい。随意に、本方法は、フレーム層を基板上に形成することを含んでもよい。そのような実施形態では、フレーム層は、第２の層の下にあり、フレームをパターン化された層の周囲に少なくとも部分的に画定する。第１の層および第２の層はそれぞれ、パリレン−Ａ、パリレン−Ｃ、パリレン−ＡＭ、パリレン−Ｆ、パリレン−Ｎ、およびパリレン−Ｄのうちの少なくとも１つで構成されてもよい。第１の層および第２の層は、同一の材料から形成されてもよい。随意に、本方法は、コーティングを第２の層の少なくとも一部および第１の層の少なくとも一部に塗布することを含んでもよい。
【００１３】
別の実施形態は、刺激発生器、埋め込み型電極アレイアセンブリ、ベースプレート、および複数のワイヤを含む、システムを含む。刺激発生器は、電気刺激を発生させるように構成される。埋め込み型電極アレイアセンブリは、少なくとも１つの椎骨に接続可能な近位端部分および脊髄に沿って位置付け可能な遠位端部分を有する。近位端部分は、遠位端部分上に位置付けられる、複数の電極との複数の電気的接続を有する。ベースプレートは、少なくとも１つの椎骨に接続され、アセンブリを少なくとも１つの椎骨に接続するように構成される。複数のワイヤが、ベースプレートおよび刺激発生器に接続される。複数のワイヤは、刺激発生器が発生した電気刺激をベースプレートに伝導するように構成される。ベースプレートは、電気刺激をアセンブリの近位端部分の複数の電気的接続に伝導するように構成される。随意に、システムは、ベースプレートに接続され、アセンブリの近位部分の少なくとも一部に張り出し、アセンブリを外部の動的組織から保護するよう支援するように位置付けられる、張り出し部分を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】埋め込み型電極アレイアセンブリの下側の図である。
【図２】図１のアセンブリの一部の拡大図である。
【図３】ラットに埋め込まれた図１のアセンブリを組み込む、ケーブルシステムの断面図である。
【図４Ａ】図１のアセンブリを構成する方法の第１の部分の例証である。
【図４Ｂ】図１のアセンブリを構成する方法の第２の部分の例証である。
【図４Ｃ】図１のアセンブリを構成する方法の第３の部分の例証である。
【図４Ｄ】図１のアセンブリを構成する方法の第４の部分の例証である。
【図５Ａ】図１のアセンブリが埋め込まれ、トレッドミルの上方に懸吊される、脊髄切断したラットの例証と、トレッドミル上のラットの歩進運動を記録するために使用されるモーションキャプチャシステムの一部である。
【図５Ｂ】刺激が、図１のアセンブリによって、ラットの脊髄に印加されたときのトレッドミル上のラットの後肢の引きずり運動を図示する、スティック線図である。
【図６Ａ】バイポーラ刺激が、図１のアセンブリの第１の対の電極によって、ラットの脊髄に印加されたときの後肢運動を図示する、スティック線図である。
【図６Ｂ】バイポーラ刺激が、図１のアセンブリの第２の異なる対の電極によって、ラットの脊髄に印加されたときの後肢運動を図示する、スティック線図である。
【図７Ａ】バイポーラ刺激が、図１のアセンブリの第１の対の電極によって、ラットの脊髄に印加されたときに記録された筋電図（「ＥＭＧ」）記録のグラフを使う表現である。
【図７Ｂ】バイポーラ刺激が、図１のアセンブリの第２の異なる対の電極によって、ラットの脊髄に印加されたときに記録されたＥＭＧ記録のグラフを使う表現である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、埋め込み型電極アレイアセンブリ１００を図示する。図示されるアセンブリ１００の実施形態は、ラット５００内に埋め込むために構成されるが（図５Ａ参照）、実施形態は、ヒトを含む、他の哺乳類等、他の対象における使用のために構成されてもよく、そのような実施形態は、本教示の範囲内である。アセンブリ１００は、少なくとも１つの選択された脊髄回路（図示せず）および対象の身体の一部に神経学的に由来する麻痺を伴う、脊髄３３０（図３参照）を有する対象において使用するためのものである。非限定的実施例として、アセンブリ１００は、脊髄３３０に沿って、硬膜外に埋め込まれてもよい。アセンブリ１００は、脊髄３３０の腰仙部領域、頸部領域、および胸部領域のうちの１つ以上に位置付けられてもよい。
【００１６】
非限定的実施例として、活性化されると、選択された脊髄回路は、（ａ）起立、歩進、到達、把持、自発的一方または両方の脚の位置の変更、排尿、排便、姿勢調節活動、および歩行活動のうちの少なくとも１つに関与する、自発的筋肉運動を可能にする；（ｂ）心血管機能、体温、および代謝プロセスのうちの少なくとも１つの自律制御を可能または改善する；および／または（ｃ）自律機能、性機能、血管運動機能、および認知機能のうちの少なくとも１つの回復促進を支援し得る。理論に限定されないが、選択された脊髄回路は、選択された脊髄回路を活性化するために要求される刺激の最小量を表す、第１の刺激閾値と、それを超えて、選択された脊髄回路が、完全に活性化され、誘発された神経学的シグナルの追加によって、少なくとも１つの選択された脊髄回路に付加的影響を及ぼさない刺激の量を表す、第２の刺激閾値を有すると考えられる。
【００１７】
麻痺は、運動完全麻痺または運動不完全麻痺であり得る。麻痺は、運動完全または運動不完全として分類される、脊髄損傷によって引き起こされ得る。麻痺は、虚血性または外傷性脳損傷によっても引き起こされ得る。麻痺は、脳卒中または急性外傷から生じる虚血性脳損傷よっても引き起こされ得る。別の実施例として、麻痺は、神経変性脳損傷によっても引き起こされ得る。神経変性脳損傷は、パーキンソン病、ハンチントン病、アルツハイマー、虚血症、脳卒中、筋萎縮性側索硬化症（ＡＬＳ）、原発性側索硬化症（ＰＬＳ）、および脳性小児麻痺のうちの少なくとも１つと関連付けられ得る。
【００１８】
麻痺が、脊髄３３０に沿った第１の場所における脊髄損傷によって引き起こされた場合、アセンブリ１００は、対象の脳（図示せず）に対して、脊髄に沿った第１の場所の下方の第２の場所に移植されてもよい（例えば、硬膜外）。
【００１９】
アセンブリ１００は、電気刺激を対象の脊髄３３０の一部に印加するように構成される。電気刺激は、筋収縮刺激および断続刺激のうちの少なくとも１つを含んでもよい。印加される刺激は、パルス伝達されてもよい。電気刺激は、脊髄の異なる領域の同時または連続刺激を含んでもよい。アセンブリ１００によって印加される電気刺激は、少なくとも１つの選択された脊髄回路が、対象によって生成されるシグナルの追加によって少なくとも部分的に活性化されるように、第２の刺激閾値を下回ってもよい。非限定的実施例として、そのような対象によって生成されたシグナルは、対象を物理的活動または訓練（トレッドミル上での歩進等）に曝すことによって誘発されてもよい。これらのシグナルは、対象の麻痺した部分に誘発されてもよい。別の非限定的実施例として、対象によって生成されたシグナルは、脊髄上シグナルを含んでもよい。
【００２０】
前述のように、図１−３に図示されるアセンブリ１００の実施形態は、ラット５００（図５Ａ参照）に埋め込むために構成される。したがって、図示されるアセンブリ１００の実施形態は、ラット５００内に埋め込むために定寸（例えば、約５９ｍｍ×約３ｍｍ）および成形される。しかしながら、本教示への当技術分野の適用を通して、実施形態は、ヒトを含む他の哺乳類等の他の対象において使用されるように構成されてもよい。
【００２１】
図２は、図１に描写されるアセンブリ１００の拡大部分２００を図示する。アセンブリ１００は、微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）デバイスとして特徴付けられてもよい。前述のように、アセンブリ１００は、脊髄３３０（図３参照）に沿って埋め込まれ、電気刺激をそこに提供するように構成される。例えば、アセンブリ１００は、硬膜外刺激を脊髄３３０に提供してもよい。アセンブリ１００は、先行技術のワイヤベースのインプラントと比較して、刺激部位の選択において高自由度および特異性を可能にし、脊髄３３０の理解向上および脊髄損傷の犠牲者の歩行回復につながり得る、多様な生物学的応答を誘引する。
【００２２】
図１に戻ると、アセンブリ１００は、本体部分１１０、電極アレイ１２０、および複数の電気的に伝導性のトレース１３０を含む。本体部分１１０は、遠位端部分１１２、近位端部分１１４（遠位端部分の反対）、フレーム１４０、ならびに電極アレイ１２０のそれぞれの電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のためのグリッド構造２１０（図２参照）を含む。グリッド構造２１０はそれぞれ、複数のセル２１２を画定する。非限定的実施例として、グリッド構造２１０はそれぞれ、パリレン（例えば、パリレン−Ｃ）で構成されてもよい。図示される実施形態では、グリッド構造２１０は、４０個のセルを含む。
【００２３】
前述のように、電極アレイ１２０は、複数の電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９（例えば、９×３電極）を含む。電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９は、２次元アレイにおいて配列される。電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９はそれぞれ、複数の電気的に伝導性の接点２２０を含む。接点２２０は、電極（例えば、図２に図示される電極Ｅ３７）が、脊髄（例えば、硬膜）に接触する部位である。接点２２０は、相互に電気的に連通する。図示される電極Ｅ３７の実施形態は、４０個の接点２２０を含む。しかしながら、これは、必須ではない。前述のように、電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９はそれぞれ、グリッド構造２１０の一意の１つに対応する。図示される実施形態では、電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のそれぞれに対して、接点２２０はそれぞれ、対応するグリッド構造２１０のセル２１２のうちの異なるセル内に位置付けられる。グリッド構造２１０は、アセンブリ１００（図１参照）の層の剥離防止を支援し得る。当業者には明白であって、以下に説明されるように、グリッド構造２１０および接点２２０は、電気的に伝導性の材料（例えば、金属）のパッド隣接する、実質的に電気的に非伝導性の材料（例えば、パリレン）の層を選択的にエッチングし、グリッド構造２１０を画定し、グリッド構造のセル２１２内の電気的に伝導性の材料の一部を暴露し、接点２２０を画定することによって形成されてもよい。
【００２４】
図示される電極アレイ１２０は、２７個の電極を含むが、他の実施形態では、電極の数は、１個の電極から約１００，０００個以上の電極に及んでもよい。ある実施形態では、電極アレイ１２０は、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０、少なくとも２５、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２５０、少なくとも５００、または少なくとも１０００個の電極を含む。種々の実施形態では、電極アレイ１２０内の隣接する電極の電極間間隔は、約１００μｍまたは約５００μｍ、または約１０００μｍまたは約１５００μｍから約２０００μｍ、または約３０００μｍ、または約４０００μｍ、または約４５００μｍ、または約５０００μｍと変動する。種々の実施形態では、電極間間隔は、約１００μｍ、約１５０μｍ、約２００μｍ、または約２５０μｍから、最大約１，０００μｍ、約２０００μｍ、約３０００μｍ、または約４，０００μｍに及ぶ。いくつかの実施形態では、電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のそれぞれの直径（または、幅）は、約５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、または２５０μｍから、最大約５００μｍ、約１０００μｍ、約１５００μｍ、または約２０００μｍに及ぶ。
【００２５】
電極アレイ１２０は、正方形形状、長方形形状、または円形形状等の任意の幾何学的形状で形成されることができる。典型的には、電極アレイ１２０のサイズは、約０．１ｍｍから約２ｃｍの幅または直径であって、部分的に、電極アレイ１２０内の電極の数に依存するであろう。種々の実施形態では、電極アレイ１２０の長さは、約０．０１ｍｍｍ、または０．１ｍｍから、最大約１０ｃｍ以上に及ぶ。
【００２６】
トレース１３０のうちの１つ以上は、電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のそれぞれに接続される。図２を参照すると、図示される実施形態では、２つのトレース「Ｔ１」および「Ｔ２」が、電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のそれぞれに接続される。代替実施形態では、２つを超えるトレース１３０が、電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のそれぞれに接続されてもよい。トレース１３０のうちの２つ以上を電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のそれぞれに接続することは、シグナルが、電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のそれぞれに到達することを確実にするよう支援する。言い換えると、冗長性が、使用され、信頼性を改善し得る。電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のそれぞれに対して、トレース１３０は、電極の接点２２０のそれぞれに接続され、シグナルをそこに搬送する。本体部分１１０内に形成（例えば、エッチング）される開口部１３２（図３参照）は、トレース１３０の一部を暴露する。
【００２７】
トレース１３０は、選択的に、電気シグナル（例えば、パルス伝達されるシグナル）を電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９に送達するために使用されてもよい。このように、選択された電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のうちの１つ以上のみ、刺激を脊髄３３０（図３参照）に送達してもよい。電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９は、トレース１３０によって、制御回路（図示せず）に動作可能に連結される。制御回路（図示せず）は、電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のうちの１つ以上を選択し、活性化／刺激する、および／または電気刺激のパラメータ（例えば、周波数、パルス幅、振幅、および同等物）を制御するように構成される。種々の実施形態では、電極選択、周波数、振幅、およびパルス幅は、独立して、選択可能である。例えば、異なるときに、異なる電極が、選択されることができる。任意のときに、異なる電極が、異なるパラメータ値（例えば、周波数、振幅、および同等物）を有する刺激を提供することができる。種々の実施形態では、電極の少なくとも一部は、モノポーラモードおよび／またはバイポーラモードで動作されてもよい。そのような実施形態では、一定電流または一定電圧が、刺激を送達するために使用されてもよい。
【００２８】
いくつかの実施形態では、トレース１３０は、シグナルを埋め込み型制御回路（図示せず）および／または埋め込み型電源（図示せず）から受信してもよい。埋め込み型制御回路（図示せず）は、外部デバイスによってプログラムおよび／または再プログラムされてもよい（例えば、皮膚を通して、制御回路と通信する、ハンドヘルドデバイスを使用して）。プログラミングは、必要に応じた回数だけ反復されてもよい。
【００２９】
図３は、アセンブリ１００を組み込むケーブルシステム３００を図示する。ケーブルシステム３００は、ラット５００（図５Ａ参照）の椎骨３２０および脊髄３３０に沿って埋め込まれるように図示される。常在的実験では、皮膚（図示せず）を横断するコネクタにおける感染症を防止することが困難であるため、多くの場合、ラット５００の頭部（図示せず）上に位置付けられるヘッドプラグ３１０を通して、シグナルを送出することが非常に望ましく、そこでは、大きな骨表面、筋肉組織の欠如、および皮膚の最小移動が、感染症のリスクを最小限にするよう支援する。生体動物におけるいくつかの予備実験は、動物の運動によって課される機械的歪みが、すべてのＭＥＭＳデバイスがヘッドプラグ３１０から脊髄３３０に延在するように構成されるいくつかの実施形態を信頼性がないものにする場合があることを示しているため、ケーブルシステム３００が、アセンブリ１００に課される歪みを許容限度に制約するように工夫された。
【００３０】
図３は、ケーブルシステム３００（アセンブリ１００を含む）が、埋込後、対象（例えば、図５Ａに図示されるラット５００）の椎骨３２０に沿ってどのように位置付けられるかを図示する。ケーブルシステム３００は、脊髄ベースプレート３４０、ワイヤ束３５０、およびヘッドプラグ３１０から構成される。別の一式のワイヤ（図示せず）が、対象の脚５２０（図５Ａ参照）内に埋め込まれ、筋電図（「ＥＭＧ」）シグナルを記録してもよい。ベースプレート３４０は、標準的ＦＲ−４ＰＣＢ基板で構成されてもよい。ベースプレート３４０は、（例えば、縫合糸３４２によって）選択された椎骨（例えば、椎骨「Ｌ２」）に取着される。図示される実施形態では、ベースプレート３４０は、「Ｌ２」椎骨に取着される。アセンブリ１００は、（例えば、縫合糸３４４によって）脊髄３００に取着される。図示される実施形態では、アセンブリ１００の遠位端部分１１２は、椎骨「Ｔ１３」に隣接する場所において、脊髄３００に取着される。アセンブリ１００の近位端部分１１４は、伝導性材料（例えば、伝導性エポキシ）を用いてベースプレート３４０に取着され、電気的接続を架橋する。非限定的実施例として、アセンブリ１００の近位端部分１１４は、Ｌｏｃｔｉｔｅ  Ｍ−１２１ＨＰ医療デバイス用エポキシを用いてベースプレート３４０に固着されてもよい。
【００３１】
ワイヤ束３５０は、複数のワイヤ３５２を含む。非限定的実施例として、ワイヤ３５２は、電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のそれぞれに対して異なるワイヤを含んでもよい（例えば、９×３アレイの電極に対して合計２７個のワイヤ）。ワイヤ３５２はそれぞれ、金で構成されてもよく、Ｔｅｆｌｏｎコーティングを含む。例えば、７５μｍ金ワイヤ（例えば、ＡＭ  Ｓｙｓｔｅｍｓ製のＴｅｆｌｏｎコーティングされた金ワイヤ）が、使用されてもよい。ワイヤ３５２は、ベースプレート３４０にはんだ付けされ、高密度コネクタ３６０によって、ヘッドプラグ３１０に接続されてもよい。トレース１３０は、アセンブリ１００の本体部分１１０内に形成される、開口部１３２を介して、ベースプレート３４０に接続される。非限定的実施例として、銀エポキシ（図示せず）は、トレース１３０をベースプレート３４０に接続するために使用されてもよい。
【００３２】
ケーブルシステム３００全体（アセンブリ１００の一部３６８を除く）が、電気的接続を絶縁し、機械的強度を提供する一方、必要なときは常時、可撓性を留保するように構成される、コーティング３７０でコーティングされてもよい。非限定的実施例として、コーティング３７０は、生物医学グレードのエポキシおよびシリコーンエラストマー（例えば、ＭＤＸ４−４２１０生物医学グレードのシリコーン）を含んでもよい。
【００３３】
シリコーンキャップ３８０（または、張り出し部分）は、ベースプレート３４０の端部に形成され、アセンブリ１００を外部の動的組織から保護する。キャップ３８０は、コーティング３７０と同一の材料から形成されてもよい。アセンブリ１００の一部に沿って、コーティング３７０は、シリコーンの薄層（例えば、約１００μｍ厚）として実装され、アセンブリ１００が、運動の間、対象の椎骨３２０とともに屈曲するにつれて、応力集中を低減させてもよい。アセンブリ１００に塗布されるシリコーンの層が厚いほど、より剛性のアセンブリによって脊髄に印加される圧力増加のため、脊髄３３０の健康に有害であり得る。言い換えると、可撓性は、常在的埋め込み型電極アレイアセンブリ成功の重要な特徴であり得る。
【００３４】
（製作）
アセンブリ１００は、パリレン−金属−パリレンのサンドイッチ状構造を形成する方法を説明する、Ｄ．Ｃ．  Ｒｏｄｇｅｒ，  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｐａｒｙｌｅｎｅ  ｍｕｌｔｉｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  ｒｅｔｉｎａｌ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｓｐｉｎａｌ  ｃｏｒｄ  ｆｉｅｌｄ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，“Ｐｒｏｃ．  ４ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＩＥＥＥ−ＥＭＢＳ  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｔｏｐｉｃ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ａｎｄ  Ｂｉｏｌｏｇｙ，  Ｏｋｉｎａｗａ，  Ｊａｐａｎ，  ｐｐ．  ３１−３４  （２００６）に説明されるものと若干類似する方法を使用して製作されてもよい。
【００３５】
図４Ａ−４Ｄを参照すると、アセンブリ１００は、方法４００を使用して構成されてもよい。例証を容易にするために、方法４００は、実質的に電気的に非伝導性のパリレン−Ｃの使用に関して説明される。パリレン−Ｃは、米国薬局方協会（「ＵＳＰ」）クラスＶＩの生体適合性材料であって、その機械的特性は、脊髄３３０（図３参照）との良好な硬膜外接触をもたらすために必要な可撓性を提供する。しかしながら、当業者は、他の材料が、パリレン−Ｃの代わりに、またはそれと組み合わせて使用されてもよいことを理解する。他の材料の実施例として、パリレン−Ａ、パリレン−ＡＭ、パリレン−Ｆ、パリレン−Ｎ、パリレン−Ｄ、および同等物等の可撓性材料が挙げられる。さらに、電極アレイ１２０は、１つ以上の生体適合性金属（例えば、金、白金、クロム、チタン、イリジウム、タングステン、ならびに／あるいはその酸化物および／または合金）を使用して実装され得る、金属を含むように説明される。例証を容易にするために、方法４００は、電極アレイ１２０を構成するために、白金（および、チタン）の使用に関して説明される。
【００３６】
方法４００は、図４Ａの上部から開始する。第１のサブアセンブリ「ＳＡ１」が、犠牲フォトレジスト４１０の随意の第１の層を基板４１２（例えば、シリコンウエハ）上に適用（例えば、スピニング）することによって構成される。
【００３７】
次いで、第２のサブアセンブリ「ＳＡ２」が、パリレン−Ｃの第１（フレーム）層４１６をフォトレジストの第１の層４１０上に蒸着（例えば、従来の蒸着を使用して）することによって構成される。非限定的実施例として、パリレン−Ｃの第１（フレーム）層４１６は、約１０μｍ厚であってもよい。
【００３８】
第３のサブアセンブリ「ＳＡ３」が、フォトレジストの第２の層４２２を第２のサブアセンブリ「ＳＡ２」上に適用（例えば、スピニング）することによって構成される。
【００３９】
次に、第４のサブアセンブリ「ＳＡ４」が、従来のフォトレジスト技法を用いてフォトレジストの第２の層４２２を暴露し、フレーム１４０（図１参照）を画定するように展開することによって構成される。
【００４０】
図４Ｂを参照すると、第５のサブアセンブリ「ＳＡ５」が、パリレン−Ｃの第１（フレーム）層４１６の少なくとも一部を除去（例えば、エッチング）し、電極アレイ１２０を囲繞する、フレーム１４０の少なくとも一部を画定することによって構成される。次いで、フォトレジストの第２の層４２２が、除去される（例えば、アセトンを使用して溶解される）。
【００４１】
次に、第６のサブアセンブリ「ＳＡ６」が、パリレン−Ｃの第２（ベース）層４２０を第５のサブアセンブリ「ＳＡ５」上に蒸着（例えば、従来の蒸着を使用して）することによって構成される。別の非限定的実施例として、パリレン−Ｃの第２（ベース）層４２０は、約５μｍ厚であってもよい。パリレン−Ｃの第２（ベース）層４２０は、アセンブリ１００（図１参照）の本体部分１１０（図１参照）の底側を形成する。パリレン−Ｃの第２（ベース）層４２０はまた、パリレン−Ｃの第１（フレーム）層４１６が、下にあって、パリレン−Ｃの第２（ベース）層４２０の形成を支援するため、フレーム１４０の少なくとも一部を画定するように特徴付けられ得る。言い換えると、フレーム１４０は、第１（フレーム）および第２（ベース）層４１６と４２０の両方を含むものとして特徴付けられ得る。代替として、フレーム１４０は、第１（フレーム）層４１６によって全体的に画定されるように特徴付けられ得る。
【００４２】
第７のサブアセンブリ「ＳＡ７」が、フォトレジストの第３の層４２４を第６のサブアセンブリ「ＳＡ６」上に適用（例えば、スピニング）することによって構成される。
【００４３】
第８のサブアセンブリ「ＳＡ８」が、従来のフォトレジスト技法を用いてフォトレジストの第３の層４２４を暴露し、パターンを画定するように展開することによって構成される。パターンは、電極アレイ１２０およびトレース１３０を画定する。
【００４４】
図４Ｃを参照すると、第９のサブアセンブリ「ＳＡ９」が、電気的に伝導性の層４２８を第８のサブアセンブリ「ＳＡ８」上に蒸着（例えば、電子ビーム蒸着を使用して）することによって構成される。電気的に伝導性の層４２８は、最初に、第１の材料（例えば、１００Åのチタン）の接着層を蒸着し、次いで、電気刺激を伝導するために好適な第２の異なる電気的に伝導性の材料（例えば、２０００Åの白金）の電極層を蒸着することによって構成されてもよい。したがって、電気的に伝導性の層４２８は、材料の２つ以上の層を使用して構成されてもよい。
【００４５】
第１０のサブアセンブリ「ＳＡ１０」が、フォトレジストの第３の層４２４を除去（例えば、溶解）することによって構成されるが、これは、その上に位置付けられる電気的に伝導性の層４２８の一部を除去し、電極アレイ１２０およびトレース１３０を形成する。言い換えると、従来のリフトオフプロセスを用いて、電気的に伝導性の層４２８をパターン化し、電極アレイ１２０およびトレース１３０を形成する。
【００４６】
次に、第１１のサブアセンブリ「ＳＡ１１」が、パリレン−Ｃの第３の（上部）層４３０を第１０のサブアセンブリ「ＳＡ１０」上に蒸着（例えば、従来の蒸着を使用して）することによって構成される。別の非限定的実施例として、パリレン−Ｃの第３の（上部）層４３０は、約５μｍ厚であってもよい。
【００４７】
図４Ｄを参照すると、第１２のサブアセンブリ「ＳＡ１２」が、フォトレジストの第４の層４３２を第１１のサブアセンブリ「ＳＡ１１」上に適用（例えば、スピニング）することによって生成される。
【００４８】
第１３のサブアセンブリ「ＳＡ１３」が、従来のフォトレジスト技法を用いてフォトレジストの第４の層４３２を暴露し、パターンを画定するように展開することによって構成される。パターンは、パリレン−Ｃの第３の（上部）層４３０内に形成される、開口部１３２を画定する。
【００４９】
第１４のサブアセンブリ「ＳＡ１４」が、開口部１３２をパリレン−Ｃの第３の（上部）層４３０内に形成し、電気的に伝導性の層４２８の一部を暴露することによって生成される。開口部１３２は、エッチング（例えば、酸素プラズマエッチング）を使用して形成されてもよい。電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９のそれぞれに対して、開口部１３２の少なくとも一部は、接点２２０へのアクセスを提供し、グリッド構造２１０を画定する。接点２２０は、開口部１３２を通して、脊髄３３０（図３参照）に接触する。開口部１３２の異なる部分は、ベースプレート３４０が、そこに電気的に接続され得るように、トレース１３０へのアクセスを提供する。エッチングはまた、アセンブリ１００の形状を画定するために使用されてもよい。次いで、フォトレジストの第４の層４３２が、除去される（例えば、アセトンまたは水を使用して溶解される）。
【００５０】
第１５のサブアセンブリ「ＳＡ１５」が、フォトレジストの第１の層４１０を除去（例えば、溶解）し、フォトレジストの第１の層４１０の上方の層を基板４１２から解放することによって形成される。非限定的実施例として、フォトレジストの第１の層４１０は、アセトンまたは水を使用して溶解されてもよい。
【００５１】
最後に、アセンブリ１００（図１参照）は、２００oＣで、４８時間、真空炉内で第１５のサブアセンブリ「ＳＡ１５」を焼結することによって生成されてもよい。
【００５２】
（結果および考察）
ケーブルシステム３００（図３参照）の実装は、ラット内に埋め込まれ、最大８週間、機能した。本レベルの信頼性は、ケーブルシステム３００（および、アセンブリ１００）を経時的歩進能力の研究のために好適なものとする。ケーブルシステム３００（および、アセンブリ１００）はまた、高密度微小製作電極アレイ１２０によってもたらされる、部位選択性を提供する。
【００５３】
図５Ａは、拘束衣５３０によって、トレッドミル５１０上に懸吊されるラット５００の例証である。ラット５００は、完全に脊髄が切断されており、したがって、後肢麻痺である。後肢による歩進は、ラットがトレッドミル５１０上に懸吊されたまま、ラットの脊髄３３０（図３参照）を刺激することによって、ラット５００において達成された。図５Ａはまた、歩進能力を記録するために使用される、モーションキャプチャシステム（例えば、点Ｄ１−Ｄ５）の一部を図示する。図５Ｂは、ラットの脊髄３３０が刺激されなかったときの後肢運動を表す、スティック線図５５０である。予期されるように、ラット５００は、その脊髄３３０が、後肢麻痺のため刺激されなかったとき、その足を引きずっていた。
【００５４】
図６Ａおよび６Ｂは、それぞれ、バイポーラ刺激が、２つの異なる電極対によって、ラットの脊髄３３０に印加されるときの後肢運動を図示する、一対のスティック線図６１０および６２０を描写する。略図６１０および６２０は、ＭＥＭＳ電極アレイによって刺激される脊髄切断したラットによって達成された最初の歩進を図示すると考えられる。着目すべきは、図６Ａおよび６Ｂに図示される２つの異なる歩進パターンの刺激部位対が、電極アレイ１２０内にともに近接しており、アセンブリ１００の高密度電極構成が、歩行の根底にある生物学的機構の理解および脊髄損傷後の回復へのその用途に大いなる価値があることを示唆する。
【００５５】
ＥＭＧ記録もまた、生物学的情報を得るために非常に価値があり得る。図７Ａおよび７Ｂは、３つの異なる電圧における２つの異なる刺激対に対する２つのＥＭＧ記録を示す。言い換えると、図７Ａは、刺激が１対の電極によって印加されたときに記録されたＥＭＧ記録を描写し、図７Ｂは、刺激が異なる対の電極よって印加されたときに記録されたＥＭＧ記録を描写する。図７Ａは、単シナプス応答「Ｒ１」を図示する。そのような単シナプス応答は、概して、記録の最初の６ミリ秒以内に生じる一方、多シナプス応答（多シナプス応答「Ｐ１」等）は、概して、後に生じる。着目すべきは、図７Ａに描写される記録が、単シナプス応答「Ｒ１」および多シナプス応答「Ｐ１」の両方を含む一方、図７Ｂに描写される記録が、多シナプス応答「Ｐ２」のみを含むことである。これは、電極アレイ１２０の高密度が、異なる生物学的応答を誘発する際に有用である、高密度刺激部位（電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９）を提供することを実証する。図７Ａおよび７ＢのＥＭＧシグナルは、反射試験の間に得られ（０．３Ｈｚ刺激パルス）、図６Ａおよび６Ｂのスティック線図は、歩進試験の間に得られた（４０Ｈｚ）。
【００５６】
アセンブリ１００は、最大８週間、生体ラット内で存続することが示されており、アセンブリ１００の機能性に関して観察された機械的損傷の影響が、最小であるため、さらにより長く存続し得る。ケーブルシステム３００は、脊髄３３０を刺激し、引き起こされた応答を記録するための手段を提供する。随意に、アセンブリ１００の電極Ｅ１１−Ｅ１９、Ｅ２１−Ｅ２９、およびＥ３１−Ｅ３９は、刺激の送達に加え、神経学的シグナルを検出するために使用されてもよい。アセンブリ１００によって印加される刺激は、脊髄が切断されたラットにおける歩進を誘発するために使用されてもよい。アセンブリ１００は、異なるＥＭＧ応答および歩進パターンを生成するために、刺激の部位を制御するための手段を提供する。本レベルの制御は、脊髄３３０内側の神経生物学的回路の理解および脊髄損傷の犠牲者における歩行回復のための可能な治療を開発するために有用である。
【００５７】
アセンブリ１００を含むケーブルシステム３００が、対象（例えば、ラット５００）における歩進を可能にすることに関して説明されたが、本教示への当技術分野の適用を通して、実施形態は、（ａ）起立、歩進、到達、把持、自発的一方または両方の脚の位置の変更、排尿、排便、姿勢調節活動、および歩行活動のうちの少なくとも１つに関与する、自発的筋肉運動を可能にする；（ｂ）心血管機能、体温、および代謝プロセスのうちの少なくとも１つの自律制御を可能または改善する；および／または（ｃ）自律機能、性機能、血管運動機能、および認知機能のうちの少なくとも１つの回復促進を支援するように、他のタイプの機能性を可能にするように構成されることができる。
【００５８】
本明細書に列挙されるすべての刊行物、特許、および特許出願は、あらゆる目的のために、参照することによって、その全体として本明細書に組み込まれる。
【００５９】
前述の実施形態は、異なる他の構成要素内に含有された、または接続された、異なる構成要素を描写する。このような示された構築物は、単に例示的であり、かつ実際に、同一の機能性を達成する多くの他の構築物が実装され得ることを理解されるものとする。概念的な意味において、同一の機能性を達成するための構成要素の任意の配列は、所望の機能性を達成するように、効果的に「関連付けられる」。故に、特定の機能性を達成するために組み合わせた本明細書の２つの構成要素は、構築物または媒介の構成要素に関係なく、所望の機能性を達成するように、互いに「関連付けられる」と見なされ得る。同様に、このように関連付けられた２つの構成要素はまた、所望の機能性を達成するように、互いに、「動作可能に接続される」または「動作可能に連結される」ものとして見られ得る。
【００６０】
本発明の特定の実施形態を示し、説明するが、本明細書の教示に基づいて、本発明およびその広範な態様から逸脱することなく、変更および修正がなされ得ることは、当業者には明らかであるため、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内にあるように、それらの範囲内ですべてのこのような変更および修正を包含するものとする。さらに、本発明が、単に添付の特許請求の範囲により定義されるものであることを理解されよう。一般に、本明細書、および特に、添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の主要部）に使用される用語は、一般的に、「開放的な（ｏｐｅｎ）」用語（例えば、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、「〜が含まれるが、これらに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」として解釈されるものとし、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、「少なくとも〜を有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」として解釈されるものとし、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という用語は、「〜が含まれるが、これらに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」として解釈されるものとする等）として、意図されるものであることは、当業者には理解されよう。特定の数の導入される特許請求の範囲の記述が意図される場合、このような意図は、特許請求の範囲中に明確に引用され、このような記述がない場合、このような意図は存在しないことは、当業者にはさらに理解されよう。例えば、理解を助けるために、以下の添付の特許請求の範囲は、特許請求の範囲の記述を導入するために、前置きの語句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」および「１つ以上（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」の使用を含有し得る。しかしながら、このような語句の使用は、同一の請求項が前置きの語句「１つ以上」または「少なくとも１つの」、および「ａ」または「ａｎ」等の不定冠詞を含むときでさえも、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による特許請求の範囲の記述の導入が、ただ１つのこのような記述を含む発明へのこのような導入された特許請求の範囲の記述を含むいかなる特定の特許請求の範囲を制限することを意味すると解釈するべきではない（例えば、「ａ」および「ａｎ」は、典型的には、「少なくとも１つの」または「１つ以上」を意味すると解釈されるべきである）；同じことが特許請求の範囲の記述の導入に使用される定冠詞の使用にも当てはまる。加えて、特定の数の導入される特許請求の範囲の記述が明確に引用される場合であっても、このような記述は、少なくとも引用される数（例えば、他の修飾語句なしの「２つの記述」の単なる記述は、一般に少なくとも２つの記述、または２つ以上の記述を意味する）を意味すると一般に解釈すべきことは、当業者には認識されよう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲による場合を除いて限定されない。
【００６１】
故に、本発明は、添付の請求項を除き、限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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