(57)【要約】      （修正有）【課題】神経プローブシステムの構造、使用に関する。【解決手段】キャリア（７）に取り付けられ、２つ以上の導電性セグメント（１）のセットを備えた、少なくとも１つの平面マイクロ電極（２）。該セットは好ましくは１５μｍ２〜８０００μｍ２の領域に収まるようにした。該セット内の導電性セグメント（１）の少なくとも２つの部分集合は、ライン（３）に電気的に接続したマイクロ電極（２）の表面領域および／または形状が可変であるように、同じ入力ラインまたは出力ライン（３）に個々に切替可能であることを確保する電気接続部（４、５）を有する。【選択図】図１
2012000465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
・キャリアと、
・該キャリアに取り付けられ、２つ以上の導電性セグメントのセットを備えた少なくとも１つの平面マイクロ電極であって、該セットは１５μｍ２〜８０００μｍ２の領域に収まるようにした平面マイクロ電極と、
・導電性セグメントが個々にアドレス可能であることを確保する電気接続部であって、該セグメントを同じ出力／入力ラインと切り替え、または異なる出力／入力ラインと切り替えて、信号記録モードまたは代替として差動刺激のために使用することができるようにした電気接続部と、を備える神経プローブシステム。
【請求項２】
電気接続部は、
・セグメントとラインとの間に相互接続部と、
・相互接続部をラインと切り替えるためのスイッチング素子と、を備えた請求項１記載の神経プローブシステム。
【請求項３】
スイッチング素子は、双安定スイッチング素子である請求項２記載の神経プローブシステム。
【請求項４】
少なくとも１つのセグメントが、２つ以上の異なるラインに対応する数のスイッチによって、該ラインに連結した請求項１記載の神経プローブシステム。
【請求項５】
マイクロ電極の数は、ラインの数に等しい請求項１記載の神経プローブシステム。
【請求項６】
少なくとも入力ラインと出力ラインが存在し、セグメントの少なくとも１つが入力ラインと切替可能であり、少なくとも他のセグメントが出力ラインと切替可能であるようにした請求項１記載の神経プローブシステム。
【請求項７】
セグメントのアスペクト比は、１〜３、好ましくは１〜２、より好ましくは１〜１．５、最も好ましくは１であるようにした請求項１記載の神経プローブシステム。
【請求項８】
セグメントは、円形状セグメントおよび／または円弧形状セグメントである請求項１記載の神経プローブシステム。
【請求項９】
円弧形状セグメントの少なくとも２つは、同一円内に設けられた請求項８記載の神経プローブシステム。
【請求項１０】
円形状セグメントの幾何学的中心、および／または円弧形状セグメントを備える円の幾何学的中心は一致するようにした請求項８記載の神経プローブシステム。
【請求項１１】
セグメントは、円形状または円弧形状を有する請求項１記載の神経プローブシステム。
【請求項１２】
円形状または円弧形状を備える円は、５〜１００μｍの直径を有する請求項１１記載の神経プローブシステム。
【請求項１３】
導電性セグメントの少なくとも１つは、セグメントの電位を適応させるための受動回路または能動回路を用いて、入力ラインおよび／または出力ラインと切替可能であるようにした請求項１記載の神経プローブシステム。
【請求項１４】
記録中に少なくとも１つの平面マイクロ電極の大きさ、および／または形状を変化させるステップを含む、
請求項１記載の神経プローブシステムを用いて神経活動を記録するための方法。
【請求項１５】
第１導電性セグメントを用いる刺激ステップが実施され、第２セグメントを用いる記録ステップが実施されるようにした、
請求項１記載の神経プローブシステムを用いて神経活動を記録するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、神経プローブの分野ならびにそれらの製造、およびニューロンを刺激するため、および／またはデータを取得するためのそれらの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
神経プローブは、ニューロンの活動を刺激および記録するためのマイクロ電極を備えるデバイスである。それらは、基礎的研究および医学的応用の両方において使用される。すべての場合において、選択度とインピーダンスとがトレードオフの状態にある。より大きい選択度は、より小さい電極を意味し、より小さい電極−神経組織インターフェースは、より大きいインピーダンスにつながるからである。それゆえ異なる選択度またはインピーダンスで実験を実施することは、異なる神経プローブを埋め込むことを意味する。
【０００３】
国際公開第２００７０４２９９９号は、キャリアに取り付けられたモジュール式平面微細加工電極アレイ、およびその上に配置された、高密度の記録および／または刺激電極サイトを有するカスタマイズ可能なマルチチャネルのマイクロ電極アレイに関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実験の過程において、選択度またはインピーダンスを調節可能な１つ以上のマイクロ電極を備える、数日または数週間に渡って稼動可能な神経プローブは、その技術分野において依然ニーズがある。
【０００５】
本開示の実施形態の目的は、マイクロ電極の選択度および／またはインピーダンスの調節を可能にするための代替の装置または方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施形態の利点は、優れたマイクロ電極の記録能力を、長期間に渡っても取得できることである。
【０００７】
本開示の実施形態の更なる利点は、マイクロ電極の大きさ、および／または形状は、異なる神経領域または変化する神経領域の刺激および／または記録を、例えば単一ニューロンのレベルで、または近接ニューロンのレベルで可能にするように調節できることである。
【０００８】
本開示の実施形態の更なる利点は、脳組織の優れた機能的探査を実施できることである。
【０００９】
本開示の実施形態の更なる利点は、機能的に規定された、優れた電気的刺激サイトの局在化が達成できることである。
【００１０】
本開示の実施形態の更なる利点は、脳領域の優れた機能的探査が達成できることである。
【００１１】
本開示の実施形態の更なる利点は、記録サイトと機能的に接続した脳領域の追跡が可能になることである。
【００１２】
上記目的は、本開示に係る方法およびデバイスによって達成される。
【００１３】
生物学的組織（特に脳組織）の電気的刺激は、マイクロ電極の特性に強く依存する。本開示は、好ましくは刺激プローブ上に集積した電子スイッチを使用して刺激（および／または記録）マイクロ電極の異なる構成を取得する方法を開示する。電気的に独立した多数のセグメントを包含するマイクロ電極を設計することによって、これらのセグメントが結合する結果、さまざまなマイクロ電極トポロジーが取得できる。これにより、マイクロ電極の大きさ、およびマイクロ電極の形状の制御が可能になる。
【００１４】
電気的記録において、これは、使用中または実験中に、マイクロ電極の大きさを制御すること、およびマイクロ電極の選択度またはインピーダンスを変化させることに使用可能である。
【００１５】
例えば、マイクロ電極トポロジーを電子的に構成することによって、使用中または実験中にそれを行うこと、および実験が進むにつれてそれを再度構成することが可能になる。複数の実施形態において、同じプローブ上の多数のマイクロ電極上でこれを独立して実施することもできる。
【００１６】
複数の実施形態において、マイクロ電極を完全にスイッチオンにする代わりに（即ち、マイクロ電極と残りの回路との間が理想的にはゼロインピーダンスの状態で）、いくつかの更なるコントロールを追加してもよく（例えば刺激における電圧のコントロール）、所定のマイクロ電極のセットから、より多くの種類の電気パターンを取得可能である。
【００１７】
第１の態様において、本開示は、神経プローブシステムに関するものであり、以下を備える。
・キャリア。
・該キャリアに取り付けられ、２つ以上の導電性セグメントのセットを備えた、少なくとも１つの平面マイクロ電極。該セットは好ましくは１５μｍ２〜８０００μｍ２の領域に収まる。
・該セット内の導電性セグメントの少なくとも２つの部分集合は、ラインに電気的に接続したマイクロ電極の表面領域および／または形状が可変であるように、同じ入力ラインおよび／または出力ラインと個々に切替可能であることを確保する電気接続部。
【００１８】
同じラインをスイッチオンしない場合、導電性セグメントは、キャリア上で互いに電気絶縁される。
【００１９】
第２の態様において、本開示は神経プローブシステムに関するものであり、以下を備える。
・キャリア。
・該キャリアに取り付けられ、２つ以上の導電性セグメントのセットを備えた、少なくとも１つの平面マイクロ電極。該セットは好ましくは１５μｍ２〜８０００μｍ２の領域に収まる。
・導電性セグメントが、入力ラインおよび出力ラインから選択された２つ以上のラインと切替可能であることを確保する電気接続部。
【００２０】
本開示の第３の態様は、先の請求項の任意の１つに係る神経プローブを用いて神経活動を記録する方法に関し、該方法は、記録中に、少なくとも１つの平面マイクロ電極の大きさ、および／または形状を変化させるステップを含む。
【００２１】
第４の態様において、本開示は、第１の態様に係る神経プローブを用いて神経活動を記録する方法に関し、第１セグメントを用いる刺激ステップが実施され、第２セグメントを用いる記録ステップが実施される。
【００２２】
本開示の特定の態様および好ましい態様が、添付の独立請求項および従属請求項に記述されている。従属請求項からの特徴は、独立請求項の特徴および他の従属請求項の特徴と組み合わせてもよく、好適な特徴であって、請求項に明示的に記述された特徴だけではない。
【００２３】
この分野のデバイスには一定の改善、変化、および発展があるが、このコンセプトは、実質的に新しく新規な改善であると信じられており、先行技術から出発することを含み、さらに効果的で、安定で、信頼性のある、この性質のデバイスを提供する。
【００２４】
本開示の、上述および他の特性、特徴、利点は、本開示の原理を例示の方法で表す添付図面とともに、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。この説明は、例示のみを目的として与えられ、本開示の範囲を制限しない。以下で引用される参照数字は、添付の図面に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本開示の実施形態に係る神経プローブの概略図を示しており、神経プローブの拡大部分はマイクロ電極を示す。マイクロ電極セグメントと入力／出力ラインとの間の電気接続部の拡大部分は、マイクロ電極の各セグメントが、同じ入力／出力ラインに接続されている場合を示す。
【図２】本開示の実施形態に使用されるマイクロ電極の概略図を示しており、マイクロ電極の大きさが左から右に増加するのがわかる。
【図３】本開示の実施形態に使用されるマイクロ電極の概略図を示しており、マイクロ電極の形状が左から右に変化するのがわかる。
【図４】本開示の他の実施形態に係る神経プローブの概略図を示しており、神経プローブの拡大部分はマイクロ電極を示す。マイクロ電極セグメントと入力／出力ラインとの間の電気接続部の拡大部分は、マイクロ電極の各セグメントが、同じ入力／出力ラインに接続されている場合を示しており、マイクロ電極の各セグメントは、他のすべての入力／出力ラインにも接続されている。
【００２６】
異なる図において、同一の参照符号は同一または類似のエレメントを参照する。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本開示は、特定の実施形態について特定の図面を参照しながら説明する。本開示はこれらに限定されないが、請求項によってのみ限定される。記載した図面は概略的なものに過ぎず、限定的でない。図面において、いくつかのエレメントのサイズは、説明目的のため、誇張し、およびスケールどおり描いていないことがある。寸法および相対寸法は、本開示の実際の実施化と対応していない。
【００２８】
さらに、説明および請求項での用語「第１」「第２」「第３」などは、類似のエレメントを区別するための使用しており、必ずしもシーケンスを時間的、空間的に、序列で、または他のどの様式で表したものでもない。こうして用いた用語は、好適な状況下で交換可能であり、本発明の実施形態は、ここで説明したり図示したものとは別の順番で動作可能であると理解すべきである。
【００２９】
さらに、説明および請求項での用語「上(top)」、「下(bottom)」、「の上に(over)」、「の下に(under)」などは、説明目的で使用しており、必ずしも相対的な位置を記述するためのものでない。こうして用いた用語は、好適な状況下で交換可能であって、ここで説明した実施形態がここで説明または図示した以外の他の向きで動作可能であると理解すべきである。
【００３０】
請求項で使用する用語「備える、含む(comprising)」は、それ以降に列挙された手段に限定されるものと解釈すべきでなく、他のエレメントまたはステップを除外していない。記述した特徴、整数、ステップまたはコンポーネントの存在を、参照したように特定するように解釈する必要があるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップまたはコンポーネント、あるいはこれらのグループの存在または追加を除外していない。したがって、「手段Ａ、Ｂを備えるデバイス」という表現の範囲は、コンポーネントＡ、Ｂだけからなるデバイスに限定すべきでない。本開示に関して、デバイスの関連したコンポーネントだけがＡ、Ｂであることを意味する。
【００３１】
同様に、用語「結合した(coupled)」は、直接接続のみに限定されるものと解釈すべきでない。用語「結合した(coupled)」や、「接続した(connected)」は、それらの派生語で使用してもよい。これらの用語は、互いに類義語として用いたと理解すべきでない。したがって、「デバイスＢに結合したデバイスＡ」は、デバイスＡの出力部が、デバイスＢの入力部に直接接続したデバイスまたはシステムに限定されるべきでない。それが意味するのは、Ａの出力部とＢの入力部との間に経路が存在するということである。経路は、他のデバイスまたは手段を含んでもよい。「結合した」が意味するのは、２つ以上のエレメントが、物理的または電気的に直接接続しているということ、または互いに直接接続はしていないが、互いに連動または相互作用するということである。
【００３２】
この明細書を通じての「一実施形態(one embodimentまたはan embodiment)」の参照が意味するのは、該実施形態と関連して説明される特定の特徴、構造または特性は、本開示の実施形態の少なくとも一つに含まれるということである。したがって、この明細書を通じてさまざまな場所で現れるフレーズ「一実施形態(one embodimentまたはan embodiment)」は、必ずしもすべてが同じ実施形態を参照するわけではないが、参照してもよい。さらに、特定の特徴、構造または特性は、この開示から当業者にとって明らかなように、１以上の実施形態において、好適な方法で組み合わせることができる。
【００３３】
同様に、本開示の例示の実施形態の説明において、本開示の種々の特徴は、説明を効率的にし、１以上のさまざまな発明の態様を理解することを助ける目的で、時には単一の実施形態、図面、またはその説明の中に一緒にグループ化されることを認識するべきである。しかしながら、この開示の方法は、請求項記載の開示が、各請求項に明確に記載されたものより多くの特徴を必要とするという意図を反映していると解釈すべきではない。むしろ、以下の請求項が示すように、発明の態様は、先に開示された単一の実施形態のすべての特徴より少なくなる。したがって、詳細な説明に続く請求の範囲は、これにより詳細な説明中に明確に包含され、各請求項は、この開示の別々の実施形態としてそれ自身で成立する。
【００３４】
さらに、ここに記載したいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかの特徴は含むが、他の特徴は含まない。一方、当業者が理解することになるように、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本開示の範囲内であることを意味し、異なる実施形態を形成する。例えば、以下の請求の範囲において、請求項記載の実施形態のいくつかは、任意の組み合わせで使用可能である。
【００３５】
さらに、実施形態のいくつかは、方法、または、コンピュータシステムのプロセッサもしくは、機能を実行する他の手段によって実装可能な方法のエレメントの組み合わせとしてここに記載される。したがって、かかる方法またはかかる方法のエレメントを実行するために必要な命令を有するプロセッサが、該方法または該方法のエレメントを実行するための手段を形成する。さらに、ここに記載される装置の実施形態のエレメントが、本開示を実行する目的で、エレメントによって実施される機能を実行するための手段の例である。
【００３６】
ここで使用する場合、他に記述がない限り、導電性セグメントを参照する場合の用語「〜に切替可能(switchable to)」が意味するのは、導電性セグメントと切替可能なエレメントとの間で、接続を（１以上の異なる電位で）確立または遮断することができるということである。
【００３７】
ここでされる説明において、多くの具体的詳細が明記される。しかしながら、本開示の実施形態はこれらの具体的詳細なしに実践してもよいことが理解される。他の例において、周知の方法、構造、および技術は、この説明の理解を不明瞭にしないために、詳細には示さない。
【００３８】
本開示は、本開示のさまざまな実施形態の詳細な説明によって説明することになる。
【００３９】
他に記述がない限り、以降の実施形態は、本開示の第１の態様、および第２の態様の実施形態である。
【００４０】
電極は、導電性セグメントのセットとして設計される。該セグメントは、同じラインにスイッチオンにしない場合は、互いに電気絶縁されている。一実施形態において、各導電性セグメントまたは各導電性セグメントの部分集合は、（例えば、オンとオフとの間で、またはオン、オフと１以上の中間電位との間で）独立して切替可能である。異なるセグメントを一緒にグループ化する（即ち、それらを同じ刺激回路または記録回路に接続する）ことによって、特定のマイクロ電極トポロジーが取得可能である。したがって、マイクロ電極の形状または大きさは可変である。
【００４１】
一実施形態において、導電性セグメントの少なくとも１つは、セグメントの電位を適応させる（または設定する、または調整する）ための受動回路または能動回路を用いて、入力ラインおよび／または出力ラインと切替可能である。
【００４２】
一実施形態において、少なくとも２つの部分集合のうち少なくとも１つは、部分集合の電位を適応させる（または設定する、または調整する）ための受動回路または能動回路を用いて、入力ラインおよび／または出力ラインと切替可能である。
【００４３】
一実施形態において、導電性セグメントの少なくとも２つの部分集合の各々は、部分集合の電位を個々に適応させる（または設定する、または調整する）ために、対応する数の受動回路または能動回路を用いて、同じ入力ラインおよび／または出力ラインと切替可能である。
【００４４】
導電性セグメントの電位を適応させるための受動回路または能動回路の存在は、ラインとセグメントとのオンとオフを切り替えることに加えて、セグメントの電位を完全にオンと完全にオフとの間の中間電位に設定することを可能にする点で好都合である。例えば、異なるセグメントには異なる電位を設定することによって、電極に電位の勾配を組み込むことが可能である。換言すると、電極の形状および／または大きさを可変にすることに加えて、電極内に電位勾配を作り出すことも可能にする。
【００４５】
図２および図３は、２つの異なる設計およびいくつかの可能な構成を例示する(黒はアクティブであることを意味する）。
【００４６】
第１の態様の神経プローブシステムの実施形態は、マイクロ電極の形状または大きさの、実行時(on-the-fly)の変化を可能にする。これにより、マイクロ電極のインピーダンスおよび／または選択度を、マイクロ電極の使用中に変化させることができる。これにより、マイクロ電極は、例えば神経／マイクロ電極インターフェースの変化に適応できる。
【００４７】
一実施形態において、該セグメントは、個別のセグメントである。これが有利であるのは、マイクロ電極の形状および／または大きさの、より細かい調整が可能になるからである。
【００４８】
キャリアは、構造支持を提供する。
【００４９】
一実施形態において、キャリアは、屈曲性ポリマー材料のようなポリマー材料で作成される。かかる材料の例は、ポリイミドまたはシリコーンである。
【００５０】
複数の実施形態において、神経プローブは、上面および底面の電気接続部を絶縁する誘電体層の間に配置された電気接続部(例えば導電性相互接続部）を備えることができる。複数の実施形態において、これらの電気接続部の少なくともいくつかは、神経プローブのボディのどこかで、マイクロ電極の導電性セグメントを用いて終端し、および／または近接端部で外部計装へ電気接続するための接合パッドを用いて終端する。
【００５１】
電気接続部は、金属（例えば金または白金）で作成してもよい。複数の実施形態において、誘電体はポリマー（例えばポリアミド、パリレン(parylene)またはＰＤＭＳ）でもよい。他の実施形態において、電気接続部は、無機誘電体（例えばＳｉ３Ｎ４またはＳｉＯ２）および／またはポリマーを用いて絶縁した、金属またはポリシリコンで作成してもよい。他の実施形態において、電気接続部は、シリコン基板に支持される無機誘電体を用いて絶縁したポリシリコンで作成される。他の実施形態において、電気接続部は、（例えば電極セグメントを種々の入力ラインまたは出力ラインへ切り替えるために使用される）ＣＭＯＳ回路上に、マイクロシステムの製作プロセス分野の当業者に知られたＣＭＯＳ後処理のための種々の方法を使用して作成してもよい。他の実施形態において、神経プローブシステムは、１つ以上の電極と、電気接続部と、接合パッドとを有する、シリコンまたはポリマーベースの構造でもよい。
【００５２】
複数の実施形態において、マイクロ電極セグメントおよび／または接合パッドは、上部誘電体を通る開口部を設けること、および金属（例えばイリジウム、酸化イリジウム、白金、金）を堆積およびパターニングすることによって形成してもよい。
【００５３】
本開示の複数の実施形態において使用されるセグメント化マイクロ電極の製作テクニックは、概して非セグメント化マイクロ電極の製作分野の当業者に知られた通常の製作技術から逸脱しない。
【００５４】
本開示の複数の実施形態において、各層が誘電体層によって分離した、電気接続部の多層が設けられる。これは、与えられた幅に、より高密度に収めた電気接続部が得られる。
【００５５】
二酸化シリコン、窒化シリコン、ポリアミド、またはパリレンのキャリア上で、セグメント化マイクロ電極を生産する際、上部の誘電体を通る開口部をエッチングして設け、下部の金属サイトを露出することを含む単一ステップのプロセスを利用してもよい。かかる場合において、マイクロ電極セグメントは電気接続部と接触し、結果として上部誘電体内に凹設したマイクロ電極セグメントが得られる。
【００５６】
マイクロ電極セグメントは、３ステップのプロセスを使用して形成してもよい。第１に、小さい開口部サイトが、反応性イオンエッチングを使用して、上部誘電体を通してエッチングされる。次に凹部は、フォトリソグラフィ技術により規定されたマスクを介して金属（例えば金、白金）を電気めっきすることによって満たしてもよい。最後に、金属を堆積し、セグメントを従来のリフトオフプロセスによって形成してもよい。
【００５７】
複数の実施形態において、キャリアが、パリレン、無機誘電体、および／またはシリコンを含む場合、神経組織とインターフェース接続することになる１以上のセグメント化マイクロ電極、およびアレイと送受信する信号を伝達するための、折畳み可能なポリアミドのケーブルから構成される神経プローブが組立て可能である。このポリアミドのケーブルは、接合パッドを、両末端に（セグメント化マイクロ電極に接続するために）、および近接端部に（外部計装に接続するために）有してもよい。マイクロ電極とケーブルとは、当業者に知られた方法によって結合可能である。複数の実施形態において、露出した接続部は、デバイスを、キャリアとしても機能するポリマー（例えばシリコーン）構造の中にモールドすることにより絶縁可能である。
【００５８】
ここに記載したように、記録信号にアクセス可能であるように、および／または刺激を与えることができるように、接合パッドを神経プローブの近接端部に設けて、アレイと電気的に接触するための方法を提供してもよい。これらのパッドは、コネクタアセンブリ（通常、オンボード集積回路およびコネクタを有する、または有しないプリント配線板形状の）に接合可能である。またはそれらは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に直接接続可能である。後者の事例のための用途の例が、リード線の本数を減らすためのマルチプレクサチップ、または長いリード線を通じての信号の損失を減らすための緩衝増幅器である。
【００５９】
一実施形態において、電気接続部は、セグメントとラインとの間に相互接続部を備え、相互接続部をラインと切り替えるためのスイッチング素子（例えば準安定スイッチング素子、またはセグメントの電位を適応させるための、受動回路もしくは能動回路）を備える。
【００６０】
一実施形態において、スイッチング素子は、双安定スイッチング素子である。
【００６１】
これにより、セグメントのオンとオフの切り替えが可能になる。
【００６２】
一実施形態において、スイッチング素子は、電子的に制御してもよい（例えば、スイッチング素子はフリップフロップである）。マイクロ電極トポロジーを電子的に構成することによって、使用中または実験中にそれを行うこと、および実験が進むにつれてそれを再構成することが可能になる。同じキャリア上の多数のマイクロ電極上で独立してこれを実施することが可能である。
【００６３】
一実施形態において、セグメントの少なくとも１つを、対応する数のスイッチによって、２以上の異なるラインに接続する。これにより、信号の三角測量（記録モードでの）、および差動刺激(differential stimulation)が可能になる。
【００６４】
一実施形態において、マイクロ電極の数は、ラインの数に等しい。
【００６５】
第１の態様の実施形態において、セット内の導電性セグメントの少なくとも２つの部分集合のうち少なくとも第１部分集合が、第１入力ラインまたは第１出力ラインと切替可能であり、セット内の導電性セグメントの少なくとも２つの部分集合の第２部分集合が、第１入力ラインまたは第１出力ラインとは異なる第２入力ラインまたは第２出力ラインと切替可能である。これにより、両方の部分集合の差動動作が可能になる。
【００６６】
一実施形態において、少なくとも入力ラインおよび出力ラインが存在し、セグメントの少なくとも一つが入力ラインと切替可能であり、セグメントの少なくとももう一つが出力ラインと切替可能である。これにより、第２セグメントを用いる記録ステップを実施する間に、第１セグメントを用いる刺激ステップを実施することが可能になる。
【００６７】
一実施形態において、セットのアスペクト比は１〜３でもよく、好ましくは１〜２、より好ましくは１〜１．５、最も好ましくは１である。これは、典型的な神経細胞のアスペクト比に一致する。
【００６８】
一実施形態において、セットは、円形状および／または円弧形状のセグメントを備えてもよい。これにより、神経細胞の形状のより優れたサイズ適合が可能になる。
【００６９】
一実施形態において、円弧形状のセグメントの少なくとも２つを同じ円内に備えてもよい。これにより、全体的に円形状である神経細胞の形状を包含することができる。
【００７０】
一実施形態において、円形状セグメントの幾何学的中心および／または円弧形状セグメントを備える円の幾何学的中心は一致してもよい。これにより、全体的に円形状である神経細胞の形状を包含することができる。
【００７１】
一実施形態において、セットは円形状または円弧形状を有してもよい。これにより、全体的に円形である神経細胞の形状を包含することができる。
【００７２】
一実施形態において、円形状または円弧形状を有する円は、５〜１００μｍの直径を有する。これは、神経細胞の大きさの典型的な範囲に一致する。
【００７３】
一実施形態において、セグメントの数は、２０未満または２０に等しい。より大きい数も可能であるが、通常２０個以下のセグメントを使用すれば充分であり、２〜１０個のセグメントであってもよい。
【００７４】
一実施形態において、少なくとも２つのセグメントがそれぞれ独立して円形状または円弧形状を有してもよく、円形状セグメントの幾何学的中心および／または円弧形状セグメントを備える円の幾何学的中心は一致してもよく、円形状セグメントおよび／または円弧形状セグメントを備える円は、異なる直径を有してもよい。これは、例えば図２および図３の状況である。これにより、マイクロ電極の大きさを修正することができ、一方、全体的に円状の形状を保持する。
【００７５】
一実施形態において、いずれかの実施形態で説明する１つより多い電極が、キャリア上に存在する。
【００７６】
図１は、本開示の第１の態様のいずれかの実施形態で説明する、切替可能なマイクロ電極２の可能な実装を例示する略図を示す。マイクロ電極２は、神経プローブ６の一部であるキャリア７に取り付けられる。同心円セグメント１が使用され、マイクロ電極２の実効的な大きさを変化させることが可能になる。この場合、付与されるマイクロ電極２のすべてのセグメント１は、同じライン３と切替可能であり、それらはマイクロ電極と同じ数の出力／入力ラインである。セグメント１は、相互接続部５およびスイッチ４を経由してライン３に結合する。図１の実施形態において、スイッチ４は、電気的にアドレス可能なフリップフロップＦＦを備える。
【００７７】
図２は、３つのセグメント１のセットから構成されるマイクロ電極２を示す。図２の左側で、マイクロ電極２は、オンになった単一の円形状セグメント１のみに起因する、比較的小さい表面領域を有する。図２の中央の図は、２つの隣接するオンになった同心円セグメント１を有する、同じマイクロ電極２を示す。結果として、このマイクロ電極２は、図２の左側に表される状態よりも大きな活性化表面領域を有する。図２の右側において、すべてのセグメント１がオンになり、マイクロ電極２を最大の大きさにする。
【００７８】
図３は、セグメント１のセットから構成されるマイクロ電極２を示す。図３の左側では、マイクロ電極２は、オンになった単一の円形状セグメント１のみに起因する、比較的小さい表面領域を有する。左から２番目の図は、中央のセグメントのスイッチオフにして、周辺部でセグメント１にスイッチオンにすることによって、より大きい直径を有するが中空形状を有するマイクロ電極２が取得可能であることを示す。左から３番目および４番目の図は、マイクロ電極２の特定のセグメント１のスイッチをオンまたはオフに切り替えることによって取得できる他の可能な形状を示す。図示していないが、マイクロ電極２のすべてのセグメント１のスイッチをオンにすることによって取得される、より大きな電極も、もちろん可能である。
【００７９】
図４は、３つに分割したマイクロ電極を備える神経プローブ６を示しており、それぞれが可変の形状を有する。この実施形態において、多数のスイッチ４（フリップフロップＦＦを備える）および出力／入力ライン４が存在する。ライン３は、相互接続部５経由でセグメント１に接続される。この電極２は、２つの方法で使用可能である。第１の方法では、同じマイクロ電極２のすべてのセグメント１を同じ入力／出力ライン３と切り替えて、実効的なマイクロ電極２の形状を変化させることを可能にする。第２の方法では、同じマイクロ電極２のセグメント１を、異なる出力／入力ライン３と切り替えて、例えば（記録モードでの）信号の三角測量、または差動刺激の使用を可能にする。６つの出力／入力ライン３だけが図示されているが、ラインの数は限定されない。同じマイクロ電極２により両方の使用が可能になる。
【００８０】
第２の態様において、本開示は神経プローブシステムに関するものであり、以下を備える。
・キャリア。
・該キャリアに取り付けられ、２つ以上の導電性セグメントのセットを備えた、少なくとも１つの平面マイクロ電極。該セットは１５μｍ２〜８０００μｍ２の領域に収まるようにした。
・該セット内の導電性セグメントの少なくとも１つの部分集合を、２つ以上の入力ラインおよび／または出力ラインに対応する数のスイッチによって、該入力ラインおよび／または出力ラインと切替可能にすることを確保する電気接続部。
【００８１】
第３の態様において、本開示は、第１の態様のいずれかの実施形態に係る神経プローブシステムによって神経活動を記録する方法に関し、該方法は、記録中に、少なくとも１つの平面マイクロ電極の大きさ、および／または形状を変化させるステップを備える。
【００８２】
第４の態様において、本開示は、第１の態様または第２の態様のいずれかの実施形態に係る神経プローブシステムによって神経活動を記録する方法に関し、少なくとも入力ラインおよび出力ラインが存在し、セグメントの少なくとも１つが入力ラインと切替可能であり、セグメントの少なくとももう１つが出力ラインと切替可能であり、第１セグメントを用いる刺激ステップが実施され、第２セグメントを用いる記録ステップが実施される。
【００８３】
本開示の更なる態様は、細胞、例えばニューロン、筋細胞、または膵臓細胞を記録または刺激するための、本開示の第１態様および第２態様のいずれかの実施形態に係る、神経プローブシステムの使用に関する。
【００８４】
上で開示したいずれかの方法の記録は、体内または体外で、例えば神経細胞、筋肉細胞、または膵臓細胞に対して実行可能である。該方法は、治療上の使用に用いることができ、または治療外の使用に用いることができる。特に、病的な状態にない場合、脳機能の増強のために使用することができる。代替として、神経プローブは、例えばパーキンソン病、強迫性障害（ＯＣＤ）、アルツハイマー病、および統合失調症を患う患者に使用してもよい。本開示に係る神経プローブは、個々の細胞を電気的に感知および刺激することができる。
【００８５】
神経プローブは、脳障害または脳疾患を理解すること、または通常の脳の挙動を研究することに使用可能である。神経プローブは、種々の疾患のための脳の手術に先立つ手術前診断に使用してもよい。
【００８６】
本開示の神経プローブは、例えば機能的磁気共鳴画像法（ｆＭＲＩ）と組み合わせて使用し、例えば動物における特定の挙動を検査してもよい。
【００８７】
本開示に係る神経プローブは、ミラーニューロンを監視することに使用可能である。ミラーニューロンは、ヒトが意識的に行動する場合、例えば物を掴む場合、または他人が動作をするのを被験者が見ている場合に興奮する。同じニューロンは、ヒトが該動作について夢を見る場合にも興奮する。
【００８８】
本開示の神経プローブは、例えば特定の患者におけるてんかんの発作の病巣へ外科医を導き、症状を抑えるためのサージカルガイドとして使用可能である。本開示に係る神経プローブを使用する電気検出は、盛んに単一細胞を、または細胞グループを追跡することに使用可能である。本開示の神経プローブは、蝸牛の移植片に使用してもよい。本開示に係る神経プローブは、視覚補綴(prosthesis)に使用可能である。
【００８９】
好ましい実施形態、特定の構造、構成、および材料について、本開示に係るデバイスのために議論してきたが、形式上または実体上の、種々の変化または修正がなされる。例えば、ステップは、本開示の範囲内で、説明される方法に付加または削除してもよい。
【図１】
2012000465.tif 000003
【図２】
2012000465.tif 000004
【図３】
2012000465.tif 000005
【図４】
2012000465.tif 000006
【外国語明細書】
2012000465.tif 000007
2012000465.tif 000008
2012000465.tif 000009
2012000465.tif 000010
2012000465.tif 000011
2012000465.tif 000012
2012000465.tif 000013
2012000465.tif 000014
2012000465.tif 000015
2012000465.tif 000016
2012000465.tif 000017
2012000465.tif 000018
2012000465.tif 000019
2012000465.tif 000020
2012000465.tif 000021
2012000465.tif 000022
2012000465.tif 000023
2012000465.tif 000024
2012000465.tif 000025
2012000465.tif 000026
2012000465.tif 000027
2012000465.tif 000028
2012000465.tif 000029
2012000465.tif 000030