(57)【要約】本発明は、パターン化された半導体基板を用いて神経回路網の活動を計測する装置に関するものである。半導体基板は、それぞれが少なくとも１つの導電性検出電極（Ｅ）を有する複数のセンサー素子と、それぞれが、少なくとも１つの増幅入力部と少なくとも１つの増幅出力部（ＶＡ）とを有する複数の増幅素子（Ｖ；ＴＫＶ）と、少なくとも１つの評価入力部と少なくとも１つの評価出力部とを有する少なくとも１つの活動評価ユニットとを備えている。検出電極は、神経回路網からの神経細胞信号を検出するために、半導体基板の表面に配置されており、センサー素子は、検出された神経細胞信号に基づいて、電気センサー出力信号を、センサー素子の各センサー出力部（ＳＡ）を介して出力できるようになっている。センサー素子のそれぞれは、増幅素子（Ｖ；ＴＫＶ）の１つと関連付けられ、増幅素子の増幅入力部は、各センサー素子のセンサー出力部（ＳＡ）と電気的に接続されており、増幅されたセンサー出力信号は、増幅出力信号として、増幅出力部（ＶＡ）を介して出力することができる。評価入力部（ｄｉｇｉｔａｌ  ｏｕｔ；  ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ）は、増幅出力部（ＶＡ）の少なくとも１つと電気的に接続されており、活動評価ユニットは、神経回路網における活動の測度である活動信号を、増幅出力信号に基づいて生成し、評価出力部を介して出力するようになっている。
2006507557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン化された半導体基板を用いて神経回路網の活動を計測する装置において、
上記半導体基板は、
それぞれが少なくとも１つの導電性検出電極（Ｅ）を有する複数のセンサー素子と、
それぞれが、少なくとも１つの増幅入力部と少なくとも１つの増幅出力部（ＶＡ）とを有する複数の増幅素子（Ｖ；ＴＫＶ）と、
少なくとも１つの評価入力部と少なくとも１つの評価出力部とを有する少なくとも１つの活動評価ユニットとを備えており、
上記検出電極は、神経回路網からの神経細胞信号を検出するために、半導体基板の表面に配置されており、上記センサー素子は、検出された神経細胞信号に基づいて、電気センサー出力信号を、上記センサー素子の各センサー出力部（ＳＡ）を介して出力できるようになっており、
上記センサー素子のそれぞれは、上記増幅素子（Ｖ；ＴＫＶ）の１つと関連付けられ、上記増幅素子の増幅入力部は、各センサー素子のセンサー出力部（ＳＡ）と電気的に接続されており、増幅されたセンサー出力信号は、増幅出力信号として、増幅出力部（ＶＡ）を介して出力することができ、
上記評価入力部（ｄｉｇｉｔａｌ  ｏｕｔ；  ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ）は、増幅出力部（ＶＡ）の少なくとも１つと電気的に接続されており、上記活動評価ユニットは、神経回路網における活動の測度である活動信号を、増幅出力信号に基づいて生成し、評価出力部を介して出力するようになっている装置。
【請求項２】
上記センサー素子の１つと、このセンサー素子に関連付けられている増幅素子（Ｖ；ＴＫＶ）とをそれぞれ備える複数のセンサーセル（ＳＺ）が設けられており、該センサーセル（ＳＺ）は、マトリックス形に配置されて、センサーセルアレイを形成している請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記活動評価ユニットは、神経細胞のイベントを記憶するための複数のイベントメモリー（ＥＳ）と、イベントメモリー（ＥＳ）から読み出すための少なくとも１つのメモリー読み出し装置とを備えている請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
上記センサーセル（ＳＺ）のそれぞれは、イベントメモリー（ＥＳ）の１つを備えており、該イベントメモリー（ＥＳ）のイベントメモリー入力部が、増幅出力部（ＶＡ）と接続されている請求項２に係る請求項３に記載の装置。
【請求項５】
上記イベントメモリー（ＥＳ）の各々は、活動評価ユニットの選択配線（ｓｅｌｅｃｔ）によって選択されて、選択的な読み出しを行うことができる請求項４に記載の装置。
【請求項６】
上記活動評価ユニットは、所定の周期でイベントメモリー（ＥＳ）を読み出し、周期毎にイベントメモリー（ＥＳ）から読み出したメモリー内容に基づいて、活動信号を生成するようになっている請求項３ないし５に記載の装置。
【請求項７】
上記増幅素子（Ｖ；ＴＫＶ）は、それぞれ、増幅出力信号を離散化するための閾値検出素子（ＳＤ）を介して、関連するイベントメモリー（ＥＳ）と接続されている請求項３ないし６の１項に記載の装置。
【請求項８】
上記増幅素子（Ｖ；ＴＫＶ）は、それぞれ、増幅出力信号を整流するための整流素子（ＧＲ）を介して、関連する閾値検出素子（ＳＤ）と接続されている請求項７に記載の装置。
【請求項９】
上記イベントメモリー素子（ＥＳ）は、デジタルメモリー素子であり、具体的にはデジタル計数器である請求項３ないし８の１項に記載の装置。
【請求項１０】
上記イベントメモリー素子（ＥＳ）は、アナログメモリー素子であり、具体的にはアナログ積分器またはアナログ最小・最大メモリーである請求項３ないし８の１項に記載の装置。
【請求項１１】
上記増幅素子（Ｖ；ＴＫＶ）は、増幅出力信号として電流信号を生成するためのトランスコンダクタンス増幅素子（ＴＫＶ）である請求項１ないし１０の１項に記載の装置。
【請求項１２】
上記増幅素子（Ｖ；ＴＫＶ）は、増幅出力信号として電流信号を生成するためのトランスコンダクタンス増幅素子（ＴＫＶ）であり、
上記増幅素子（ＴＫＶ）の少なくとも２つの増幅出力部（ＶＡ）は、１つの評価配線（ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ）を介して活動評価ユニットと接続され、これにより、上記増幅素子（ＴＫＶ）からの電流信号がまとめられており、
上記活動評価ユニットは、まとめられた電流信号の振幅に基づいて活動信号を生成できるようになっている請求項１または２に記載の装置。
【請求項１３】
全ての上記増幅素子（ＴＫＶ）における増幅出力部（ＶＡ）は、１つの評価配線（ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ）を介して活動評価ユニットと接続されている請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
上記増幅素子（ＴＫＶ）は、それぞれ、増幅出力信号を離散化する閾値検出素子（ＳＤ）と、下流の基準電力源（ＩＲＥＦ）とを介して、１つの出力配線（ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ）によって活動評価ユニットと接続されている請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
上記センサーセル（ＳＺ）の少なくとも２つは、センサーセル（ＳＺ）の少なくとも１つの信号をセンサーセル（ＳＺ）間で交換できるように相互に接続されている請求項１ないし１４の１項と請求項２とに記載の装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５の１項に記載の装置を用いて、神経回路網の活動を計測する方法において、
複数のセンサー素子を用いて、神経細胞信号を検出する工程と、
検出した神経細胞信号に基づいて、センサー出力信号を生成し出力する工程と、
増幅出力信号を生成するための増幅素子（Ｖ；ＴＫＶ）のそれぞれによって、センサー出力信号を増幅する工程と、
増幅出力信号に基づいて、神経回路網における活動の測度である活動信号を生成する工程とを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の神経回路網（neuronaler Netzwerke）の活動を計測する装置、および、請求項１５に記載の神経回路網の活動を計測する方法に関するものである。
【０００２】
特に、本発明の装置および方法の主な適用分野は、化学物質を高感度かつ迅速に分析することや、未知の物質の毒性を迅速かつ確実に評価することにある。
【０００３】
通常、化学物質の毒性を分析する従来の方法は、従来一般的な湿式化学分析法と、分光計測法および物理化学計測法とに基づくものである。このような分析方法では、通常、装置の構造が比較的複雑であり、分析時間が長くかかり、および／または、大抵は検出感度が不満足なものである。特に、従来の分析方法では、分析する物質または物質混合体の検出閾（Nachweisschwelle）が、比較的高い。
【０００４】
はじめに、特に化学物質の毒性を分析するためには、従来技術でも神経回路網が使用されている。この場合、神経回路網の神経細胞活動（neuronalen Aktivitaet）を検出するために、通常、いわゆる「パッチクランプ法（patch clamping）」の技術またはセル外微小電極が使用されている。パッチクランプ法では、侵襲してセル内の信号が導かれる一方、セル外微小電極では、非侵襲の検出方法を用いて、セル外の信号が導かれる。どちらの場合にも、外部の計測用増幅機が検出用電極と接続され、対応する電圧の時間推移が記録される計測。それゆえ、この外部の計測用増幅機は、神経細胞信号の電圧−時間信号推移（いわゆる一過性（Transienten））を送出し、この信号推移が後に評価される。
【０００５】
正しく接触された適当な神経セルからの生成量（Ausbeute）と、統計的な有意性（Aussagekraft）とを高めるため、規則的に配置されたセンサーを使用することが知られている。これについては、刊行物（Journal of Neuroscience Methods 93 （1999）， 頁61-67, Elsevier）におけるオカ（Oka）等の「セル外記録用の新しい平坦な多電極アレイ：大脳海馬状隆起の先鋭型薄片への適用（A new planar multielectrode array for extracellular recording ： Application to hippocampal acute slice）」に記載されている。
【０００６】
このようなセンサー構造は、センサー上の個々の神経細胞の時間的が経つと解消される（zeitlich aufgeloeste）信号検出が可能であるが、特に未知の物質の毒性を確実かつ迅速に評価するために使用するには限度がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、特に物質または物質混合体の毒性を、迅速かつ確実に評価できる装置および方法を提供することである。
【０００８】
この目的は、請求項１に記載の神経回路網の活動を計測する装置、および、請求項１５に記載の神経回路網の活動を計測する方法によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。
【０００９】
本発明では、神経回路網の活動を計測する装置は、パターン化された半導体基板を備えており、上記半導体基板は、
それぞれが少なくとも１つの導電性検出電極を有する複数のセンサー素子と、
それぞれが、少なくとも１つの増幅入力部と少なくとも１つの増幅出力部とを有する複数の増幅素子と、
少なくとも１つの評価入力部と少なくとも１つの評価出力部とを有する少なくとも１つの活動評価ユニットとを備えており、
上記検出電極は、神経回路網からの神経細胞信号を検出するために、半導体基板の表面に配置されており、上記センサー素子は、検出された神経細胞信号に基づいて、電気センサー出力信号を、上記センサー素子の各センサー出力部を介して出力できるようになっており、
上記センサー素子のそれぞれは、上記増幅素子の１つと関連付けられ、上記増幅素子の増幅入力部は、各センサー素子のセンサー出力部と電気的に接続されており、増幅されたセンサー出力信号は、増幅出力信号として、増幅出力部を介して出力することができ、
上記評価入力部は、増幅出力部の少なくとも１つと電気的に接続されており、上記活動評価ユニットは、神経回路網における活動の測度である活動信号を、増幅出力信号に基づいて生成し、評価出力部を介して出力するようになっている。
【００１０】
従って、神経回路網の活動を計測または測定する本発明の装置は、半導体基板にモノリシックに集積されたセンサー構造であり、このセンサー構造は、調査すべき神経回路網の活動についての直接的な測度（directes Mass）である活動信号を提供する。そのため、この装置は、神経細胞からの神経細胞信号を検出するように設計されている複数のセンサー素子または信号ピックアップを備えている。これらのセンサー素子の各々に、増幅素子が直接関連付けられている。この増幅素子が、センサー素子のセンサー出力信号（通常は電圧信号）を増幅する。このように増幅されたセンサー出力信号は、増幅出力信号と呼ばれ、活動評価ユニットによって読み出されることができる。この場合、この活動評価ユニットは、増幅出力信号に基づいて、神経回路網の活動についての計測値である活動信号を生成できるように設計されている。
【００１１】
本発明は、例えば薬物、または、生物兵器もしくは化学兵器用薬品などに使用される全ての迅速に作用する毒性の物質または物質混合体が、神経系を攻撃するという認識を利用するものである。このような物質または物質混合体の作用は、特に、神経回路網の電気的な活動の変化として顕著になる。この場合、神経回路網の電気的な活動の重要なパラメータは、神経セルが生成する電気パルスの周波数である。神経セルによる電気パルスの生成（神経セルの「発火（Feuern）」とも呼ばれる）は、特に、セル内部とセル外部との間のカリウム電流およびナトリウム電流のために一時的な導電性の上昇として現れる。その結果、神経細胞セルの支持構造（aufliegenden Anordnung）と検出電極Ｅとの間隙において、電位が急激に変化する。この支持構造は、個々の神経細胞セル（１ユニット）から、複数の神経細胞セルの累積体を経て、非常に密集した神経細胞組織層（複数のユニット）にまで及ぶ。このような信号の周波数スペクトルは、通常、５ｋＨｚまでの帯域幅を有し、検出電極Ｅにおいて検出可能な神経細胞信号の振幅は、１ｍＶのオーダ（Groessenordnung）である。神経毒性物質が適用されると、特に神経セルのパルス周波数が変化する。神経セルからのパルスの周波数または相関がこのように変化することを実際に利用して（bereits）、神経細胞活動物質の量（Menge）と種類とを推定できる。
【００１２】
このような汎用的に使用できるセンサー構造は、薬理学および環境監理における使用の他、特に安全技術および軍事領域の分野における使用に非常に注目されている。例えば、使用者が未知のガスまたは液体をその毒性作用について迅速かつ確実に調査できるセンサー構造には、様々な利用可能性があるだろう。
【００１３】
この場合、本発明の装置は、上述の従来のセンサー構造（特に微小電極アレイ）では神経回路網の活動を特定するときに伴っていた問題を、効果的に克服している。冒頭部分で説明したように、従来のセンサー構造は、神経細胞のイベントに関する電圧−時間−信号推移（いわゆる、一過性）をセンサー構造から外部の増幅機へ伝送して増幅し、さらに評価している。しかし、神経回路網の活動を、確実なかつ統計的に有意味な評価を取得できるように、多数のこのような一過性を伝送し評価する必要がある。その結果、「イメージング問題」(imaging-problem)が生じ、広範囲にわたる一過性データを、外部の計測用増幅機または外部の評価用演算機へ伝送するときに、伝送のボトルネック（Uebertragungsengpaesse）が生じる。
【００１４】
「発火」のときに神経細胞が生成する電圧信号は、通常、帯域幅が５ｋＨｚである周波数スペクトルによって特徴付けられているので、１０ｋＨｚ以上の走査率(Abtastraten)において一過性が記録される必要がある。例えば１００×１００＝１０４個の電極を有する微小電極構造を、８ビットの解像度によって認識する必要がある場合、走査率がちょうど１０ｋＨｚであることにより、８００メガビット／秒のデータ量（Datenvolumen）が得られ、これらを、外部の計測用増幅機または外部の演算機へ伝送する必要がある。それゆえ、非常に複雑な広帯域バスアーキテクチャ（Busarchitektur）が必要となり、このことは、センサー構造を著しく複雑化し、コストを増加することになる。
【００１５】
本発明は、この問題を、装置自体における「イベントの特徴化」を用いてデータを減らすことによって解決することが好ましい。本発明では、一過性データの伝送を行わない。すなわち、神経細胞信号の電圧−時間−信号推移のセンサー素子から活動評価ユニットへの伝送を行わない。その代わり、センサーセルにおいて、イベントの評価および特徴付けを実際に行う。その結果、一過性データに比べて著しく圧縮されたイベント情報が生成される。それゆえ、本発明の装置は、神経回路網の（全体的な）活動を検出するように機能するものであって、個々のセンサー素子が検出する一過性に関して、直接的かつ時間連続する信号を追跡するように機能するものではない。
【００１６】
現在市販されている多電極アレイ（ＭＥＡ）に比べて、本発明では、マイクロ電子工学で知られている製造方法を利用することによって製造されるセンサー表面上の検出電極の密度を、さらに著しく上昇させることができる。
【００１７】
神経細胞信号の信号誘導（Signalableitung）のために、半導体基板の表面に接してまたは該表面の付近に、神経細胞信号を容量的−抵抗的な（kapazitiv-resistiv）基礎でタップオフする（abgreift）検出電極が設けられている。神経細胞に対する純粋な容量性の結合が設けられているならば、検出電極が誘電体によって被覆されていてもよい。検出電極は、電極領域が、センサー表面上にある神経細胞の通常の搭載領域（Auflageflaeche）とほぼ同じ大きさ、または、その搭載領域よりも小さい寸法であることが好ましい。ネズミの神経細胞を使用する場合、例えば好ましい電極の直径は約１０μｍとなる。
【００１８】
神経回路網の神経細胞が発火すると、セル内部とセル外部との間のカリウム電流およびナトリウム電流のために導電性が一時的に上昇する。その結果、神経細胞セルの支持構造と検出電極との間隙において、電位が急激に変化する。この構造は、個々の神経細胞セル（１個のユニット）から複数の神経細胞セルの累積体を経て、非常に密集した神経細胞組織層（複数のユニット）にまで及ぶ。このような信号の周波数スペクトルは、通常、５ｋＨｚまでの帯域幅を有し、検出電極において検出可能な信号の振幅は、１ｍＶのオーダである。
【００１９】
センサー素子の出力部に接続された増幅素子が、この神経細胞信号を、幾らかのオーダ分増幅し、および／または、出力信号に変換することが好ましい。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態では、複数のセンサーセルが設けられ、各センサーセルは、１つのセンサー素子と、このセンサー素子に関連する増幅素子とを備えている。上記センサーセルは、センサーセルアレイ（Sensorzellenfeldes）またはマトリックスを形成するために、マトリックス形、特に直交マトリックス形に配置されていることが好ましい。従って、各センサー素子によって、増幅素子が直接関連付けられている。この増幅素子は、同じセンサーセル、すなわち、センサー素子における物理的に直の周囲に配置される。例えば、増幅素子の少なくとも一部が、半導体基板の法線方向において、検出電極の下側に位置しているならば、結果として、高集積可能なセンサーセル構造が得られる。センサーセルアレイに対するこのようなセンサーセルのマトリックス状構造は、ＤＲＡＭにおいて知られている配列構造との類似性を有している。
【００２１】
好ましい一実施形態では、活動評価ユニットが、神経細胞のイベントを記憶するための複数のイベントメモリーと、イベントメモリーから読み出すための少なくとも１つのメモリー読み出し装置とを備えている。活動評価ユニットが、さらに、イベントメモリーをリセットすることができる、または、「リセット」を引き起こすことができる制御ユニットを備えていることが好ましい。
【００２２】
センサーセルの各々が、イベントメモリーの１つを備え、そのイベントメモリー入力部が、増幅出力部と接続されていることが好ましい。この場合、増幅出力部とイベントメモリー入力部との間の電気的な接続は、本発明の範囲内である他の電気的な信号接続のように、中間接続された構成部品によって仲介されていてもよい。その結果、この実施形態では、神経細胞のイベントまたはイベント情報が、センサーセルアレイの各センサーセルに記憶またはバッファ記憶される。さらに、センサーセルの外部で神経細胞のイベントをさらに記憶しておいてもよい。
【００２３】
イベントメモリーの各々は、メモリー読み出し装置による選択的な読み出しのために、活動評価ユニットにおいて選択配線（ｓｅｌｅｃｔ）を介して選択されることができる活動評価ユニットことが好ましい。イベントメモリーの読み出し動作は、例えばＤＲＡＭメモリー素子と類似の方法により行われる。センサーセル（またはセンサーセルのイベントメモリー）を適当にアドレス指定した後に、列配線または評価配線において、イベントメモリーの内容を要求（abgefragt）てもよい。
【００２４】
好ましい実施形態では、活動評価ユニットが、所定の周期でイベントメモリーを読み出し、周期毎にイベントメモリーから読み出したメモリー内容に基づいて、活動信号を生成するようになっている。イベントメモリーが、デジタルメモリーモジュール（digitalen Speicerbaustein）であれば、メモリー内容が、記憶された神経細胞のイベント（「ｅｖｅｎｔ」）の数と解釈されることが好ましい。複雑な電圧−時間−信号推移（一過性）として現れる各神経細胞のイベントを、或るバイナリ情報項目によってのみ表すことが好ましい。従って、一過性データを、バイナリデータを生成するためにデータ圧縮する。イベントメモリーが、アナログメモリー素子である場合、メモリー内容は、例えば時間と共に積分される（zeitintegrierte）一過性信号でもよい。
【００２５】
増幅素子は、それぞれ、増幅出力信号を離散化するための閾値検出素子（Schwellwertdetektorelemente）を介して、関連付けられているイベントメモリーと接続されていることが好ましい。各センサーセルの増幅素子は、その下流側に、閾値検出素子が接続されていることが好ましい。閾値検出素子の閾値を増幅出力信号が上回る場合、閾値検出素子は、パルス信号または起動信号（Triggersignal）を出力する。閾値検出素子の閾値は、活動評価ユニットを用いて、「ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ」配線によって外部から設定できることが好ましい。
【００２６】
増幅素子が、それぞれ、増幅出力信号を整流するための整流素子を介して、関連付けられている閾値検出素子と接続されていることが好ましい。このような整流素子が有利なのは、神経細胞信号の極性に、神経回路網の活動を評価するために必要不可欠な情報が含まれていないからである。それゆえ、増幅出力信号をまず整流することは、目的に適っている。
【００２７】
好ましい実施形態では、イベントメモリー素子が、デジタルメモリー素子であり、特にデジタル計数機である。この場合、計数機は、例えば上流に接続されている閾値検出素子が出力する電圧パルスによって、計数示度を増加するように設計されていることが有利である。従って、計数示度は、神経細胞のイベントの数についての測度、すなわち、問い合わせ周期における神経細胞の「イベント」の数である。
【００２８】
他の好ましい実施形態では、イベントメモリー素子が、アナログメモリー素子、特にアナログ積分機、または、アナログ最小または最大メモリーである。
【００２９】
他の好ましい実施形態では、増幅素子が、増幅出力信号として電流信号を生成するためのトランスコンダクタンス増幅素子（Transkonduktanzverstaerkerelemente）である。この場合、増幅素子の増幅入力部に印加される電圧信号は、電流信号に変換され、他の処理のために、増幅出力部から出力される。
【００３０】
他の好ましい実施形態では、増幅素子が、増幅出力信号として電流信号を生成するためのトランスコンダクタンス増幅素子である。上記増幅素子の少なくとも２つの増幅出力部は、１つの評価配線または出力配線を介して、活動評価ユニットと接続されていることが好ましい。その結果、上記２つの増幅素子からの電流信号がまとめられる。上記活動評価ユニットは、まとめられた電流信号の振幅に基づいて、活動信号を生成できるようになっていることが好ましい。
【００３１】
従って、この実施形態では、各センサーセルが、トランスコンダクタンス増幅機を備えている。このトランスコンダクタンス増幅機は、検出された神経細胞信号電圧を増幅し、（好ましくは線形に）電流に変換する。この電流は、センサーセルの並列接続を介して共通の評価配線上で、まとめられて合計電流となり、センサーセルアレイまたはマトリックスの縁部（Rande）において評価される。時間と共に変化する電流の振幅は、神経回路網の活動に関する直接的な測度であり、可能な活動信号を表す。
【００３２】
この方法では、センサーセルの内部において神経細胞のイベントの区別化が行われないので、これらのセルを簡単に構成することができ、それゆえ、面積が小さい。このような概念により、センサーセルの高レベルの集積が可能となり、その結果、非常に高い集積度を有するセンサーセルアレイを製造できる。しかし、この概念の不利な点は、接続されている各センサーセルが、評価配線に集約し、信号−ノイズ比率を低下させるノイズ寄与部（Rauschbeitrag）を形成することである。
【００３３】
全ての増幅素子の増幅出力部が、１つの評価配線を介して、活動評価ユニットと接続されていることが好ましい。
【００３４】
増幅素子は、それぞれ、増幅出力信号を離散化する閾値検出素子と、下流の基準電流源とを介して、１つの評価配線によって活動評価ユニットと接続できることが有利である。
【００３５】
他の特に好ましい実施形態では、センサーセルの少なくとも２つが、センサーセルの少なくとも１つの信号をセンサーセル間で交換できるように、相互に接続されている。この信号は、センサーセルにおいて発生する任意のアナログまたはデジタル信号でもよく、特に、センサー出力信号、増幅出力信号または他の上記信号でもよい。このように、センサーセルは、（イベント）情報も、相互に直接交換できる。直接隣り合うセンサーセルは、神経細胞のイベントについてのアナログまたはデジタル形式の情報を交換することが好ましい。これは、検出感度をさらに向上させ、および／または、センサーセルをより小型化し、および／または、記録した情報を事前処理（Vorverarbeitung）できるようにするためである。
【００３６】
本発明の他の観点では、上記発明の装置を使用して神経回路網の活動を計測する方法が提供される。この方法は、
複数のセンサー素子を用いて神経細胞信号を検出する工程と、
検出した神経細胞信号に応じて、センサー出力信号を生成し出力する工程と、
増幅出力信号を生成するための各増幅素子によって、センサー出力信号を増幅する工程と、
増幅出力信号に応じて、神経回路網における活動の速度である活動信号を生成する工程とを含んでいる。
【００３７】
本発明を、好ましい実施形態の添付図を参照しつつ以下に詳しく説明する。一実施形態に関連して説明する個々の特徴を、他の実施形態に使用してもよいことが理解されるであろう。
【００３８】
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサーセルの概略的なブロック図である。図２は、本発明の第２実施形態に係るセンサーセルの概略的なブロック図である。図３は、本発明の第３実施形態の概略的なブロック図である。図４ａは、本発明の第４実施形態の概略的なブロック図である。図４ｂは、本発明の第４実施形態の概略的なブロック図である。図５は、本発明の第５実施形態の概略的なブロック図である。図６は、本発明の第６実施形態の概略的なブロック図である。図７は、神経回路網の活動を計測する本発明の装置における好ましい実施形態の分類の概要を示している。図８は、ＰＭＯＳトランジスタを有する本発明の好ましい増幅素子の一実施形態を示す図である。図９ａは、整流素子および閾値検出素子の好ましい一実施形態を示す図である。図９ｂは、好ましい整流素子および閾値検出素子の他の好ましい実施形態を示す図である。図１０は、アナログ積分機およびアナログ極値メモリーの好ましい実施形態を示す図である。図１１は、マトリックス形のセンサーセルアレイの好ましい構造を示す図であって、各センサーセルは、上記構造全体に広がる（ueberspannen）様々な行配線および列配線によって駆動され、読み出されることができる。図１２は、好ましいセンサーセルアレイの概略的なブロック図であって、アナログ電流出力信号は、センサーセルアレイの縁部においてまとめられ、増幅される。図１３は、マトリックス形のセンサーセルアレイの他の好ましい実施形態を示す図であって、各セルは、上記構造全体に広がる様々な行配線および列配線によって駆動され、読み出されることができ、さらに、センサーセルの間で各種のデータを交換できる。
【００３９】
図７に、本発明の装置におけるセンサーセルに関して、以下に説明する好ましい実施形態の分類の概要を示す。ここでは、これらの実施形態は、イベントの記憶およびイベントの情報伝送の形態に基づいて、合計６つの実施形態に分類されている。なお、一実施形態に関して説明される特徴を、他の実施形態に関して使用されてもよいことが理解されるであろう。
【００４０】
図１に、本発明の装置の第１実施形態に係る好ましいセンサーセルＳＺの概略的なブロック図を示す。このセンサーセルＳＺは、モノリシックに集積された半導体構造、特に、シリコンＣＭＯＳ構造の一部である。行および列の形態で、好ましくは直交するように配置されている複数のセンサーセルＳＺは、センサーセルアレイを形成している。このセンサーセルアレイは、マトリックス状の構造という点で、ＤＲＡＭのメモリーセルアレイと類似している。
【００４１】
センサーセルＳＺは、センサー素子を備えている。このセンサー素子は、神経回路網（図示せず）からの神経細胞信号と相互作用するため、または、該神経細胞信号を検出する導電性の検出電極Ｅを備えている。また、この検出電極を介して、電気的な刺激信号を神経回路網へ出力してもよい。神経細胞信号のための信号ピックアップまたはセンサー素子として、神経細胞の電気的な活動（いわゆる活動電位）を検出できる様々なセンサーまたはトランスデューサ（Transducer）を使用してもよい。最も簡単な場合には、センサー素子の検出電極Ｅは、パターン化された（strukturierten）半導体基板の表面に配置されている「開口」金属電極（例えば金電極）である。検出電極Ｅは、溶液または電解液（神経回路網）と接触する可能性がある。その場合、神経細胞との電気的な結合が生じる。しかし、検出電極Ｅは、誘電体によって被覆された導電性電極でもよい。
【００４２】
検出電極Ｅの電極領域は、センサー表面上にある神経細胞の通常の搭載領域（Auflageflaeche）とほぼ同じ大きさ、または、それよりも小さいことが好ましい。例えば、ネズミの神経細胞を使用する場合、好ましい電極直径は、約１０μｍとなる。神経細胞の「発火」は、特に、セル内部とセル外部との間のカリウム電流およびナトリウム電流に対する一時的な導電性の上昇として現れる。その結果、神経細胞セルの支持構造と検出電極Ｅとの間隙において、電位が急激に変化する。この支持構造は、個々の神経細胞セル（１ユニット）から、複数の神経細胞セルの累積体を経て、非常に密集した神経細胞組織層（多数のユニット）にまで及ぶ。このような信号の周波数スペクトルは、通常、５ｋＨｚまでの帯域幅を有し、検出電極Ｅにおいて検出可能な神経細胞信号の振幅は、１ｍＶのオーダ（Groessenordnung）である。
【００４３】
センサー素子のセンサー出力部ＳＡと接続されている増幅機Ｖは、通常、数桁だけ信号を増幅して、更なる信号処理のための増幅機出力信号として、増幅出力部ＶＡを介して出力する。神経細胞の「発火」の期間では、負および正の両方の電圧パルスをセル外にて検出できる。パルスの極性に、神経回路網の活動を評価するために必要な情報が含まれていないので、増幅機出力信号をまず整流することが有利である。このために、整流素子ＧＲが備えられている。この整流素子ＧＲの整流入力部は、増幅出力部ＶＡと電気的に接続されている。
【００４４】
神経回路網の活動をできるだけ完全に記録するためには、検出電極の密度が高いことが有利である。それゆえ、個々のセンサーセルの寸法（Abmessungen）を小さくする必要がある。従って、面積の比較的小さな部品（特に面積の小さなトランジスタ）をセンサーセルＳＺにおいて使用する必要がある。その結果、増幅機Ｖに比較的大きなノイズレベル（１／ｆノイズ）が生じてしまう。ノイズから神経細胞のイベントを抽出するために、整流素子ＧＲによる整流の後に、閾値検出素子ＳＤが設けられている。この閾値検出素子ＳＤの閾値は、外部から設定可能である（vorgebbar）ことが好ましい。このため、特に、閾値検出素子ＳＤを制御ユニット（図示せず）と接続する行配線「ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ」が設けられている制御ユニット。この制御ユニットは、活動評価ユニットの一部でもよい。要するに（Abstrahiert）、閾値検出素子は、出力部において１ビットのワード長（Wortbreite）を有するアナログ−デジタル変換機と見なしても良い。
【００４５】
閾値検出素子ＳＤが神経細胞のイベントを検出するとき、すなわち、整流された増幅出力信号が、所定の閾値より大きいとき、閾値検出機出力信号は、デジタル計数機を駆動し、例えば、その計数示度を、受信信号によって、１だけ増加させる。それゆえ、デジタル計数機は、神経細胞のイベントを記憶するイベントメモリーＥＳである。複数の「ｓｅｌｅｃｔ」配線および「ｒｅｓｅｔ」配線を用いて、イベントメモリーＥＳの計数示度を、デジタル出力配線（例えば列配線「ｄｉｇｉｔａｌ  ｏｕｔ」）に印加してもよい。活動評価ユニットにおけるメモリー読み出し装置（図示せず）は、各センサーセルＳＺのイベントメモリーＥＳから計数示度を、このようにして読み出すことができる。読み出しに成功した後、イベントメモリーＥＳを、「ｒｅｓｅｔ」配線を用いて、リセットできる。最も簡単な場合、イベントメモリーＥＳは、２つの読み出し間隔において（少なくとも）１つの神経細胞のイベントが発生したかどうかを記憶するラッチである。
【００４６】
セルから読み出された計数示度を、センサーセルアレイの縁部にて記録し、さらに処理する。この場合、この読み出しプロセスを、ＤＲＡＭの場合と同様に、選択配線および信号配線（ワード線／ビット線）を用いてセンサーセルＳＺをアドレスすることによって行う。その結果、周期的な時間間隔において連続的なデジタル読み出しが行われる。神経回路網の活動は、センサーセルＳＺのイベントメモリーＥＳに記憶された、単位時間当りのイベント数から得られる。
【００４７】
従って、神経回路網の活動を計測するために、神経細胞電圧の一過性、すなわち、神経細胞信号の電圧−時間推移を伝送する必要はない。その代わり、「イベント特徴化」が、各センサーセルＳＺにおいて直接行われる。その結果、検出された神経細胞のイベントのそれぞれに対して、デジタルデータを伝送することだけが必要である。
【００４８】
本実施形態の別の利点は、イベント情報が、センサーセルＳＺから実際に読み出され、さらなる処理のためにデジタル形式で利用可能である点である。しかし、このことは、センサーセルＳＺに関して比較的複雑な回路技術を必要とする。その結果、センサーセルＳＺの面積は、比較的大きく、それゆえ、センサーセルアレイのセル密度は、比較的低い。その結果、センサーセルアレイ上に統計学的に分布し、時には（unter Umstaenden）自由に移動する（frei beweglichen）神経細胞の一部のみが計測により（messtechnisch）認識されることができる。
【００４９】
図１から派生した第２実施形態を図２に示す。同じまたは類似の部材には、同じ参照符号を付して、改めて説明はしない。第２実施形態では、計数機（イベントメモリーＥＳ）の示度が、直接デジタル出力されず、デジタル−アナログ変換機ＤＡＣによって、アナログ信号、すなわち、アナログの電圧または電流の信号に変換される。アナログ信号は、活動評価ユニットへ出力されるために、センサーセルアレイの列配線「ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ」に印加される。また、以下では、参照符号「ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ」は、活動評価ユニットの対応評価入力部を示す。
【００５０】
この場合の利点は、センサーセルアレイの複数、好ましくは全てのセンサーセルを、同時に読み出せる点である。ＤＡＣの出力信号が電流ならば、接続されている全てのセンサーセルからの出力電流は、列配線（「ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ」）においてまとめられる。従って、センサーセルアレイの縁部において、対応するセンサーセルアレイ列における計数機またはイベントメモリー内容の合計を、アナログ信号として直接計測できる。さらに、列配線（「ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ」）の全てが、互いに接続されて、１つの評価配線を形成してもよい。その結果、マトリックス状センサーセルアレイにおける全てのイベントメモリーＥＳの計数示度またはメモリー内容は、アナログ形式でまとめられることができ、他の処理のための結果として、マトリックスの縁部において利用可能となる。最も簡単な場合、イベントメモリーＥＳは、読み出し間隔において（少なくとも）１つのイベントが発生したかどうかを記憶するラッチであり、ＤＡＣは、上記ラッチの内容に応じて、２つの異なる基準電流Ｉevent，Ｉno_event を送出する（liefert）基準電流源である。
【００５１】
２つの基準電流Ｉevent またはＩno_eventの一方が、０に等しいことが好ましい。従って、マトリックスまたはセンサーセルアレイの縁部において、合計電流Ｉsum＝ΣｉΣｊＩｉｊを直接検出できる。時間的に変化する上記電流の振幅は、神経回路網の活動についての直接的な測度であり、したがって活動信号を実際に示すものである。また、この活動信号を、他の処理や、活動評価ユニットの評価出力部を介しての出力のために、増幅し、かつ／または再整形することが好ましい。
【００５２】
図３に、関連付けられている読出し用配線および制御用配線を有する電流センサーセルＳＺの第３実施形態と、その変形例とを示す。この図では、神経細胞からのイベントの情報が、アナログイベントメモリーＥＳにアナログ形式で記憶され、デジタル形式で出力される。図３の上側に示す実施形態では、トランスコンダクタンス増幅機ＫＴＶにおいて増幅されたセンサー出力信号が、アナログイベントメモリーＥＳを形成するアナログ積分機に記憶されている。
【００５３】
ここで示される整流素子のない形態では、積分機によってノイズが濾波される（gefiltert）。反対に、神経細胞信号は、一般に正または負のパルスであるから、積分機の内容を著しく変化させる。一方、神経細胞信号が完全に対称である場合には、積分機は何も記憶しないであろう。この場合、整流素子を使用することが好ましい。その結果、上記の神経細胞信号も検出される。しかし、この場合、同じように整流されたノイズ信号は、アナログイベントメモリーＥＳにおける好ましくないオフセットとなる。イベントメモリーの内容を、センサーセルＳＺからアナログ−デジタル変換機ＡＤＣを用いてデジタル値として読み出してもよい。行配線（「ｓｅｌｅｃｔ／ｒｅｓｅｔ」）を用いて、イベントメモリーＥＳのメモリー内容の読み出しを初期化し、イベントメモリーＥＳをリセットすることができる。
【００５４】
図３の下側に示す実施形態では、イベントメモリーＥＳとしてのアナログ積分機の代わりに、増幅出力信号の最大値および最小値を記憶するための回路が備えられている。この回路は、読み出し周期の範囲内において生じる増幅機ＴＫＶからの増幅出力信号の最大値および最小値を、アナログ形式で記憶する。接続されているアナログ−デジタル−変換機ＡＤＣは、上記のように記憶されたセンサー信号のピークピーク値（peak-to-pwak-Wert）を、デジタル情報（digitale Information）に変換し、このデジタル情報を、出力配線（「ｄｉｇｉｔａｌ  ｏｕｔ」）において利用可能にする。読み出しが行われると、アナログメモリーＥＳはリセットされる。最も簡単な形態では、最大値または最小値メモリーを１つだけ使用することが可能である。また、アナログ−デジタル変換機ＡＤＣは、簡単な閾値検出機として設計されていてもよい。
【００５５】
図４ａおよび図４ｂに、イベント情報を記憶し、アナログ形式で出力する第４実施形態を示す。図４ａの実施形態は、図３の実施形態に由来する。この場合、センサーセルＳＺを読み出すときに、積分機または極値メモリーＥＳに記憶されているアナログ値が、アナログ出力配線（「ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ」）へ直接入力される。この場合もまた、出力信号は、電流の形態であることが有利である。なぜなら、この場合、列配線上の複数のセンサーセルＳＺを、同時に読み出せるからである。
【００５６】
図４ｂの実施形態では、増幅され、整流された信号が、まず、閾値検出素子ＳＤを介して送られる。その後、このように離散化された値の情報（wertdiskretisierte Information）が、積分機ＥＳに記憶される。これにより、イベントメモリーＥＳのイベントメモリー内容に対するノイズの影響は、イベントメモリーＥＳが積分機の形態であるので、非常に抑制される。
【００５７】
図５に、イベントがセンサーセルＳＺに記憶されない第５実施形態を示す。増幅出力信号は、ＡＤＣへ直接入力されており、このＡＤＣは、「ｓｅｌｅｃｔ」配線によって活動化された後に、その計測値を、デジタル出力配線または評価配線へ出力する。
【００５８】
図６に、神経細胞のイベントの記憶も、読み出すセンサーセルＳＺの選択も行われない第６実施形態を示す。図６の上側に示す実施形態では、トランスコンダクタンス増幅機ＴＫＶの電流出力部が、評価配線として機能する、対応する列配線と直接接続されている。増幅機ＴＫＶからの電流出力信号は、列配線（「ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ」）上で、その他の接続されているセンサーセルの全てからの電流出力信号とまとめられる。従って、センサーセルアレイの縁部において、センサーセルからの合計電流信号をタップオフ（abgegriffen）できる。なお、この合計電流信号は、センサーセルからの個々の信号または増幅出力信号の全てが重なりあったもの（Ueberlagerung）である。
【００５９】
列配線と接続されているｎ個のセンサーセルからのノイズ電力がまとめられ、その結果、全ての列に関する電流ノイズは、Ｉ（ノイズ，列）＝ｎ１／２×Ｉ（ノイズ，セル）に基づいて得られる。これに対して、活動回路網からの神経細胞信号は、強く相関している。それゆえ、極端な場合（信号が完全に重なりあっている場合）の列配線上の信号または評価電流は、Ｉ（信号，列）＝ｎ×Ｉ（信号，セル）であると考えられる。
【００６０】
図６の下側に示す実施形態では、トランスコンダクタンス増幅機ＴＫＶの下流側に、閾値検出素子ＳＤが接続されている。この閾値検出素子ＳＤの閾値は、「ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ」配線を介して外部から設定できることが好ましい。信号対ノイズ比が十分なものであり、閾値が適切に設定されている限り、この閾値検出素子ＳＤを用いて、ノイズ信号と神経細胞のイベントとを区別できる。閾値検出素子からの出力信号は、基準電流源ＩＲＥＦを駆動する。この基準電流源ＩＲＥＦは、出力配線または評価配線（「ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ」）と接続されている。ごく一般的には、増幅出力部ＶＡと出力配線「ａｎａｌｏｇ  ｏｕｔ」との間に、信号対ノイズ比を改善し、または、ノイズ信号から有効信号を分離する機能を果たす回路ブロックが備えられている。
【００６１】
図８に、ＰＭＯＳトランジスタのみで構成されている電圧増幅機を示す。これは、センサーセルＳＺをできるだけ小型化することに関して有利である。なぜなら、セル内でＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとを同時に使用すると、ウェル埋め込みが必要であり、所要面積が増大する。ここに示す増幅回路は、３段階から成り立っており、各段階は、トランジスタの（幅／長さ）Ｗ／Ｌ比率について設定されている一定の電圧ゲインを有している。例えば、トランジスタＭ１が、１０：１のＷ／Ｌ比率を有し、トランジスタＭ２が、１：１０のＷ／Ｌ比率を有しているならば、第１段階のゲインは、ほぼ１０である。また、増幅機における他の２つの下位段階（Substage）がこのＷ／Ｌ比率を有している場合、回路全体に関するゲイン因数は、約１０００となる。キャパシタＣと接続されているスイッチングトランジスタＭ７は、増幅機の動作点を設定する機能を果たす。トランジスタＭ７がオンになると、増幅機の入力ノード（ＣとＭ１のゲートとの間）に、電圧が生じる。この電圧によって確実に、出力部にある増幅機が、過度挽向（uebersteuert）せず、作動電圧臨界となる。操作時に、Ｍ７がオフに切り替えられている場合、キャリブレーション周期において容量性の入力ノードに記憶された電圧は維持され、それゆえ、増幅機は、最適な動作点において操作される。
【００６２】
図９ａおよび図９ｂに、電流信号用の整流素子および閾値検出素子の好ましい実施形態を示す。
【００６３】
図９ａでは、電流ミラー（Stromspiegeln）を用いて、電流入力信号の複写および反転複写を生成する（Ｍ１〜Ｍ１０）。このように処理された信号を、トランジスタＭ１１・Ｍ１２によって、優先順位に応じて交互に通過させて（durchleitet）、接続されている閾値検出機が評価する。Ｍ１３は、閾値に関する定電流源（Konstantstromquelle）として機能し、一方、Ｍ１４〜Ｍ１７により構成されている回路は、ゼロ電流検出機（Nullstrom-Detektor）として動作する。
【００６４】
図９ｂでは、整流効果を引き出すために、ＭＯＳトランジスタの非線形特性曲線を利用する。フィードバック入力反転機（Ｍ１およびＭ２）は、入力電流に対する電流シンク（Stromsenke）として機能し、これを電圧に変換する。抵抗Ｒの値を利用して、入力段のトランスコンダクタンスを設定できる。入力電力がＩin＝０である場合、回路の動作点は、Ｍ１とＭ２とを通って同じ電流が流れるように設定される。Ｍ１およびＭ３と、さらに、Ｍ２およびＭ４とが、それぞれ同じ電気的特性、すなわち、同じ長さで同じ幅のチャネルを有していることが好ましい。回路の入力部に、交流電流（Wechselstrom）が印加されると、これらは、トランジスタＭ３〜Ｍ６によって非線形に整流される。
【００６５】
トランジスタＭ７〜Ｍ１０により構成される基準回路は、Ｍ４およびＭ６の合計電流に対する比較電流を提供する。その結果、比較結果が、回路の出力部（ｏｕｔ）にてデジタル形式で実際に利用できる。２つの回路の電流入力部の上流に、キャパシタが直列接続されているならば、この回路は、電圧入力信号にも適している。電圧信号が変化すると、キャパシタにおいて電流の変位（Verschiebestrom）が生じ、提案した回路によって処理されることができる。
【００６６】
図１０に、アナログイベントメモリーＥＳの好ましい実施形態を示す。図１０の上側に示す実施形態は、リセット機能（Ruecksetzmoeglichkeit）を有する簡単なアナログ積分機を示している。入力電流Ｉinの電荷担体を、キャパシタＣに蓄積する。その結果、出力電圧Ｕｏｕｔ＝Ｃ−１×∫Ｉｉｎｄｔが設定される。メモリー内容の計測または読み出しに成功した後、リセットトランジスタ（Ruecksetztransistor）を起動することによって、その内容をもとのように空にしてもよい。
【００６７】
図１０の下側に示す２つの回路は、最大入力電圧（左側）、および、最大入力電流（右側）をアナログ記憶するように設計されている。最大入力電圧（左側）のメモリー回路では、メモリー素子としてキャパシタを使用する。キャパシタは、本質的にトランジスタの閾値電圧（Schwellenspannung）から得られるオフセットを含むソースフォロワー回路（Sourcefolger-Schaltung）を用いて、入力電圧を追跡する（folgt）。メモリー内容の計測または読み出しに成功した後、リセットトランジスタを起動することによって、この内容をもとのように空にしてもよい。
【００６８】
最大入力電力に関するメモリー回路では、トランジスタＭ４は、ダイオードとして機能する。このダイオードを介して、入力電流が補償されるまで、電流を測定するトランジスタＭ１のゲート電圧を上昇する。入力電流が低下して元に戻っても、Ｍ１のゲート電圧は、ほぼ以前に達していた値のままである。入力電流の蓄積された最大値は、トランジスタＭ１とともに電流ミラーを形成するトランジスタＭ２のドレイン端子から取出すことができる。
【００６９】
ここで提示した最大値メモリーが、相補的に構成されているならば、最小値メモリー、すなわち、最大の負の電流に関するメモリーが得られる。
【００７０】
図１１は、センサーセルアレイを形成するセンサーセル、制御配線、供給配線および読み出し配線、ならびに、センサーセルアレイ（マトリックス）の縁部における評価回路、制御回路および操作回路（Betriebsschaltungen）を含む好ましいマトリックス状構造を示す。セルおよび配線の直交配置（直交する行配線および列配線）は、好ましい実施形態である。しかし、対角線状の配線、および、例えばセンサーセルの六角形の配置も可能である。図１１では、参照番号ＳＴＥが、制御信号と補助電圧とに関する制御ユニットを表し、参照番号ＡＷＳは、デジタル／アナログ評価回路を表している。制御ユニットＳＴＥおよび評価回路ＡＷＳは、活動評価ユニットの一部である。
【００７１】
図１２に、第６実施形態に関連して説明したように、神経細胞信号を純粋にアナログ信号処理する場合の、制御ユニットＳＴＥとともにセンサーセルアレイを含む好ましい実施形態を示す。アナログ出力または評価配線（列配線）を、センサーセルアレイの縁部において結合し、電流入力部を有する適切な増幅機Ｖを用いて、他の処理のために調整する（aufarbeitet）。
【００７２】
図１３に、制御ユニットＳＴＥと、評価回路ＡＷＡと共にセンサーセルアレイを含む好ましい実施形態を示す。本実施形態では、センサーセルＳＺが、情報を相互に直接交換することができる。直接隣り合うセルどうしが、神経細胞のイベントについてのアナログまたはデジタル形式の情報を交換することが好ましい。これは、検出感度の更なる向上、および／または、センサーセルＳＺの更なる小型化、および／または、記録された情報の事前処理を可能にするためである。この場合、交換された情報は、センサーセルＳＺの既述の実施形態において説明したアナログまたはデジタル信号でもよい。
【００７３】
特に、第１実施形態（デジタル記憶／デジタル出力）では、センサーセルＳＺの内部に、シフトレジスタを設けてもよい。その結果、セルにて記憶された情報を、列または行から連続的に読み出せる。このことは特に、センサーセルＳＺから、全体の列または行に亘る（ueberspannende）、高い寄生容量を有する配線を介して、デジタルデータを読み出す必要がなく、むしろ或るセンサーセルＳＺから次のものに、局所的に送出する（weitergereicht）必要のみがあるという利点を有している。それゆえ、複数のクロック周期の後、全てのデータが、センサーセルアレイの縁部にて他の処理のために利用可能である。
【００７４】
既述の全ての実施形態に関して、各センサーセルＳＺは、制御配線を介して活動化または非活動化されるように設計されていることが好ましい。非活動化とは、この関係では特に、現在生じている神経細胞のイベントが、センサーセルの出力部に信号を発生させないことであり、特に、センサー情報をアナログ伝送する場合は、ノイズ信号を出力配線または評価配線に供給しないことである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンサーセルの概略的なブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るセンサーセルの概略的なブロック図である。
【図３】本発明の第３実施形態の概略的なブロック図である。
【図４ａ】本発明の第４実施形態の概略的なブロック図である。
【図４ｂ】本発明の第４実施形態の概略的なブロック図である。
【図５】本発明の第５実施形態の概略的なブロック図である。
【図６】本発明の第６実施形態の概略的なブロック図である。
【図７】神経回路網の活動を計測する本発明の装置における好ましい実施形態の分類の概要を示す図である。
【図８】ＰＭＯＳトランジスタを有する本発明の好ましい増幅素子の一実施形態を示す図である。
【図９ａ】整流素子および閾値検出素子の好ましい一実施形態を示す図である。
【図９ｂ】好ましい整流素子および閾値検出素子の他の好ましい実施形態を示す図である。
【図１０】アナログ積分機およびアナログ極値メモリーの好ましい実施形態を示す図である。
【図１１】マトリックス形のセンサーセルアレイの好ましい構造（該構造全体に広がる（ueberspannen）様々な行配線および列配線によって、各センサーセルが駆動され、読み出されることができる。）を示す図である。
【図１２】好ましいセンサーセルアレイ（該センサーセルアレイの縁部において、アナログ電流出力信号がまとめられて増幅される。）の概略的なブロック図であって、
【図１３】マトリックス形のセンサーセルアレイの他の好ましい実施形態（該構造全体に広がる様々な行配線および列配線によって、各セルが駆動され、読み出されることができ、さらに、センサーセル間で各種のデータを交換できる。）を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
ＡＤＣ    アナログ−デジタル変換機
ＡＷＳ    評価回路
ＤＡＣ    デジタル−アナログ変換機
Ｅ    検出電極
ＥＳ    イベントメモリー、特にデジタル計数機またはアナログ積分機
ＧＲ    整流素子
ＩＲＥＦ    基準電流源
ＳＡ    センサー出力部
ＳＤ    閾値検出素子
ＳＴＥ    制御ユニット
ＳＺ    センサーセル
ＴＫＶ    トランスコンダクタンス増幅機
Ｖ    増幅素子
ＶＡ    増幅出力部
【図１】
2006507557.tif 000003
【図２】
2006507557.tif 000004
【図３】
2006507557.tif 000005
【図４Ａ】
2006507557.tif 000006
【図４Ｂ】
2006507557.tif 000007
【図５】
2006507557.tif 000008
【図６】
2006507557.tif 000009
【図８】
2006507557.tif 000010
【図９Ａ】
2006507557.tif 000011
【図９Ｂ】
2006507557.tif 000012
【図１０】
2006507557.tif 000013
【図１１】
2006507557.tif 000014
【図１２】
2006507557.tif 000015
【図１３】
2006507557.tif 000016
【図７】
2006507557.tif 000017
【国際調査報告】
2006507557.tif 000018
2006507557.tif 000019