(57)【要約】【課題】脳からの神経スパイク信号を記録するためのデバイスを提供する。【解決手段】神経信号記録デバイスは、スキャン・モード回路および読み出しモード回路を含む。スキャン・モード回路は、脳に連結された合計Ｎ個の電極から選択される、電極の任意のＭ個のグループ内で神経スパイク活動を検出する。読み出しモード回路は、次いで、スキャン・モード回路によって神経スパイク活動が検出された、電極のＭ個のグループのいずれか１つの中に存在する全ての神経スパイク信号を記録する。それによって、Ｎ個より少ない電極が、神経信号記録デバイスによって、いずれか１回に記録される。【選択図】図２
2020532380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
神経信号記録デバイスであって、
脳に連結された合計Ｎ個の電極から選択される、電極の１つまたは複数のＭ個のグループにおいて神経スパイク活動を検出する、スキャン・モード回路と、
前記神経スパイク活動が前記スキャン・モード回路によって検出される、前記電極の１つまたは複数のＭ個のグループにおいて存在する全ての神経スパイク信号を記録する、読み取りモード回路と、を備え、
Ｎ個より少ない電極が、前記読み取りモード回路によっていずれか１回に記録される、神経信号記録デバイス。
【請求項２】
前記スキャン・モード回路が、
前記脳に連結された前記合計Ｎ個の電極のうちのＣ個の電極のグループからの神経スパイク信号をそれぞれ合成する、複数のＭ個の信号合成回路と、
前記複数のＭ個の信号合成回路のうちのそれぞれ１つにそれぞれが連結される、複数のＭ個の神経信号検出回路であって、前記複数のＭ個の神経信号検出回路が、前記複数のＭ個の信号合成回路のうちの前記それぞれ１つに関連付けられた前記Ｃ個の電極のグループ上で神経スパイク信号の存在をそれぞれ検出する、前記複数のＭ個の神経信号検出回路と、
を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記読み取りモード回路が、
前記複数のＭ個の信号合成回路のうちの前記それぞれ１つに関連付けられた前記Ｃ個の電極のグループをルーティングする前記Ｎ個の電極に連結されたスイッチ・マトリクスであって、前記ルーティングが、前記複数のＭ個の信号合成回路のうちの前記それぞれ１つに関連付けられる前記Ｃ個の電極のグループ上で前記神経スパイク信号の前記存在の前記検出に応答して発生する、前記スイッチ・マトリクスを含む、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記読み取りモード回路が、
検出された前記神経スパイク信号を含む前記複数のＭ個の信号合成回路のうちの前記それぞれ１つに関連付けられる、ルーティングされた前記Ｃ個の電極のグループの全ての上に存在する、神経スパイク信号を受信し記憶する、デジタル信号プロセッサ・デバイスをさらに含む、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記複数のＭ個の信号合成回路がそれぞれ、
前記Ｃ個の電極のグループのうちのそれぞれ１つにそれぞれ連結され、フィルタリングされた出力を生成する、複数の高域フィルタ回路と、
電力合成回路と、
前記複数の高域フィルタ回路のそれぞれから前記電力合成回路への、前記フィルタリングされた出力の送信を制御する、スイッチ制御ユニットと、を含み、
前記電力合成回路が、前記Ｃ個の電極のグループから受信されるフィルタリングされた神経スパイク信号を集約する、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６】
神経信号記録デバイスであって、
入力の第１のグループおよび第１の出力を有する第１の信号合成回路であって、前記入力の第１のグループが、脳に連結されたＮ個の電極のうちのＣ１個の電極の第１のグループに連結され、前記第１の出力が、前記Ｃ１個の電極の第１のグループから受信される１つまたは複数の第１の神経スパイク信号を合成する、前記第１の信号合成回路と、
入力の第２のグループおよび第２の出力を有する第２の信号合成回路であって、前記入力の第２のグループが、前記Ｎ個の電極のうちのＣ２個の電極の第２のグループに連結され、前記第２の出力が、前記Ｃ２個の電極の第２のグループから受信される１つまたは複数の第２の神経スパイク信号を合成する、前記第２の信号合成回路と、
前記Ｃ１個の電極または前記Ｃ２個の電極のいずれかから１つまたは複数の神経スパイク信号を検出するための、前記第１の出力および前記第２の出力にそれぞれ連結される、複数の神経信号検出回路と、
前記Ｃ１個の電極からの前記１つもしくは複数の第１の神経スパイク信号の前記検出に応答する信号記録のために前記Ｃ１個の電極の第１のグループの全てのみをルーティングするか、または前記Ｃ２個の電極からの前記１つもしくは複数の第２の神経スパイク信号の前記検出に応答する信号記録のために前記Ｃ２個の電極の第２のグループの全てのみをルーティングするかのいずれかである、前記Ｎ個の電極に連結されたスイッチ・マトリクスであって、Ｃ１＜ＮかつＣ２＜Ｎである、前記スイッチ・マトリクスと、
を備える神経信号記録デバイス。
【請求項７】
前記第１の神経信号検出回路が、前記１つまたは複数の第１の神経スパイク信号を前記Ｃ１個の電極の第１のグループから検出するスキャン・モードであるときに、前記第１の信号合成回路が、閉回路位置にある第１のスイッチ・デバイスを含み、前記スイッチ・マトリクスが、信号記録のために読み取りモードで前記Ｃ１個の電極の第１のグループを前記第１の神経信号検出回路にルーティングしているときに、前記第１のスイッチが開回路位置にある、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２の神経信号検出回路が、前記１つまたは複数の第２の神経スパイク信号を前記Ｃ２個の電極の第２のグループから検出するスキャン・モードであるときに、前記第２の信号合成回路が、閉回路位置にある第２のスイッチ・デバイスを含み、前記スイッチ・マトリクスが、信号記録のために読み取りモードで前記Ｃ２個の電極の第２のグループを前記第２の神経信号検出回路にルーティングしているときに、前記第２のスイッチが開回路位置にある、請求項６に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１の信号合成回路が、
前記Ｃ１個の電極の第１のグループのうちのそれぞれ１つにそれぞれ連結され、フィルタリングされた出力を生成する、複数の第１の高域フィルタ回路と、
第１の電力合成回路と、
前記複数の第１の高域フィルタ回路のそれぞれから前記第１の電力合成回路への、前記フィルタリングされた出力の送信を制御する、第１のスイッチ制御ユニットと、を含む、請求項６に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第２の信号合成回路が、
前記Ｃ２個の電極の第２のグループのうちのそれぞれ１つにそれぞれ連結され、フィルタリングされた出力を生成する、複数の第２の高域フィルタ回路と、
第２の電力合成回路と、
前記複数の第２の高域フィルタ回路のそれぞれから前記第２の電力合成回路への、前記フィルタリングされた出力の送信を制御する、第２のスイッチ制御ユニットと、を含む、請求項６に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記複数の神経信号検出回路が、
フィルタリングを適用することによって前記１つまたは複数の第１の神経スパイク信号を検出する、第１の帯域通過フィルタと、
前記第１の帯域通過フィルタから受信される、検出された前記１つまたは複数の第１の神経スパイク信号を増幅する、前記第１の帯域通過フィルタに連結された第１の増幅回路と、
前記第１の増幅回路から受信される、増幅された前記１つまたは複数の第１の神経スパイク信号をデジタル化する、前記第１の増幅回路に連結された第１のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路と、
を含む第１の神経信号検出回路を含む、請求項６に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記複数の神経信号検出回路が、
フィルタリングを適用することによって、検出された前記１つまたは複数の第２の神経スパイク信号を検出する、第２の帯域通過フィルタと、
前記第２の帯域通過フィルタから受信される、検出された前記１つまたは複数の第２の神経スパイク信号を増幅する、前記第２の帯域通過フィルタに連結された第２の増幅回路と、
前記第２の増幅回路から受信される、増幅された前記１つまたは複数の第２の神経スパイク信号をデジタル化する、前記第２の増幅回路に連結された第２のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路と、
を含む第２の神経信号検出回路を含む、請求項６に記載のデバイス。
【請求項１３】
脳からの神経スパイク信号を記録する方法であって、
前記脳に連結されたＮ個の電極をＭ個のグループに分割することであって、前記Ｍ個のグループが、それぞれ複数の電極を有する、前記分割することと、
Ｍ個の信号出力を生成するために、前記電極のＭ個のグループのうちのそれぞれに対応する前記複数の電極から受信された信号を合成することと、
神経スパイク信号の検出のために前記Ｍ個の信号出力の全てをスキャンすることと、
前記Ｍ個の信号出力のうちのいずれか１つまたは複数の中の前記神経スパイク信号の前記検出に応答して、前記神経スパイク信号が検出された前記電極のＭ個のグループのうちのいずれか１つまたは複数に対応する前記複数の電極の全ての上の神経スパイク活動を記録することと、を含み、
Ｎ個より少ない電極がいずれか１回に記録される、方法。
【請求項１４】
前記電極のＭ個のグループのうちのいずれか１つまたは複数の中の全ての前記電極上の前記神経スパイク活動の前記記録中に、前記電極のＭ個のグループのうちの前記いずれか１つまたは複数の中の前記神経スパイク信号の前記検出のための前記スキャンが、無効化される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記神経スパイク信号の存在の前記検出に応答して、少なくともＮ／Ｍ個の電極および多くともＭ個の電極が、いずれか１回に記録される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記神経スパイク信号の前記検出が、
前記Ｍ個の信号出力のそれぞれの上で受信される信号を帯域通過フィルタリングすることと、
前記帯域通過フィルタリングされた信号のそれぞれを増幅することと、
増幅された前記信号のそれぞれをデジタル形式に変換することと、を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記記録することが、
スイッチ入力およびスイッチ出力を有するスイッチ・マトリクスに前記Ｎ個の電極を印加することと、
前記スイッチ入力から前記スイッチ出力へ、前記神経スパイク信号が検出された前記Ｍ個の信号出力のうちのいずれか１つまたは複数に対応する、前記電極のＭ個のグループのうちのいずれか１つまたは複数の中の全ての前記電極をルーティングすることと、
前記神経スパイク信号が検出された前記Ｍ個の信号出力のうちの前記いずれか１つまたは複数に対応する、前記電極のＭ個のグループのうちのいずれか１つまたは複数の中の全ての前記電極を前記ルーティングすることに基づいて、前記スイッチ出力に位置する任意の神経スパイク信号をデジタル化することと、を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
任意のデジタル化された前記神経スパイク信号が、前記脳を封入している頭蓋骨の領域から送信される無線である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記１つまたは複数の電極のＭ個のグループを、１つまたは複数の電極のＭＳ個のグループと、１つまたは複数の電極のＭＲ個のグループとに分割することと、
ＭＳ個の信号出力を生成するために、前記電極のＭＳ個のグループのうちのそれぞれから前記１つまたは複数の電極を合成することと、
神経スパイク信号の前記検出のために、前記ＭＳ個の信号出力の全てをスキャンすることと、
前記ＭＳ個の信号出力のうちのいずれか１つまたは複数の中の前記神経スパイク信号の存在の前記検出に応答して、前記ＭＳ個の信号出力のうちの前記いずれか１つまたは複数に対応する前記電極のＭＳ個のグループのうちのいずれか１つまたは複数の中の全ての電極上の神経スパイク活動を記録することと、
前記電極のＭＲ個のグループのうちのいずれか１つまたは複数の中の全ての電極上の神経スパイク活動を記録することと、
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＭＳ個の信号出力の全ての前記スキャンが、前記電極のＭＲ個のグループのうちのいずれか１つまたは複数の中の全ての前記電極上の前記神経スパイク活動の前記記録と同時に発生する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
脳からの神経スパイク信号を記録するコンピュータ実施される方法であって、
複数のＭ個の出力信号の受信を可能にするスキャン制御信号を生成することであって、前記複数のＭ個の出力信号のそれぞれが、前記脳に連結された複数のＮ個の電極からそれぞれ受信される複数の入力信号の合成に基づく、前記生成することと、
前記複数のＭ個の出力信号のうちの１つまたは複数から神経スパイク信号を検出するために、受信された前記複数のＭ個の出力信号のデジタル化バージョンを受信することと、
検出された前記神経スパイク信号を有する前記複数のＭ個の出力信号のうちの前記１つまたは複数に対応する前記複数の電極の全てからの信号記録を可能にする、読み出し制御信号を生成することであって、前記信号記録中に、前記複数の出力信号の前記受信が、前記スキャン制御信号によって無効化され、Ｍ＜Ｎである、前記生成することと、
を含む、コンピュータ実施される方法。
【請求項２２】
前記信号記録が、検出された前記神経スパイク信号を有する前記複数のＭ個の出力信号のうちの前記１つまたは複数に対応する前記複数の電極の全ての、スイッチ・マトリクスを介したデジタル信号プロセッサへのルーティングを制御することによって可能にされる、請求項２１に記載のコンピュータ実施される方法。
【請求項２３】
前記Ｍ個の出力信号のうちのＪ個を受信することを可能にするスキャン制御信号を生成することであって、前記Ｍ個の出力信号のうちの前記Ｊ個のそれぞれが、前記複数のＮ個の電極の第１のグループから受信される複数の入力信号の合成に基づく、前記生成することと、
前記複数のＪ個の出力信号のうちの１つまたは複数から神経スパイク信号を検出するために、前記複数のＪ個の出力信号のデジタル化バージョンを受信することと、
検出された前記神経スパイク信号を有する前記複数のＪ個の出力信号のうちの前記１つまたは複数にそれぞれ対応する前記複数のＮ個の電極の前記第１のグループから受信される前記複数の入力信号から信号記録を可能にする第１の読み出し制御信号を生成することと、
前記複数のＮ個の電極の第２のグループから受信される複数の入力信号から信号記録を可能にする第２の読み出し制御信号を生成することであって、前記複数のＮ個の電極の前記第２のグループが、Ｍ−Ｊ個の出力信号を介してそれぞれ記録される、前記生成することと、
をさらに含む、請求項２１に記載のコンピュータ実施される方法。
【請求項２４】
脳からの神経スパイク信号を記録するためのコンピュータ・プログラム製品であって、前記コンピュータ・プログラム製品が、
１つまたは複数の非一過性コンピュータ可読記憶デバイスと、前記１つまたは複数の非一過性記憶デバイスの少なくとも１つの上に記憶されたプログラム命令と、を含み、前記プログラム命令がプロセッサによって実行可能であり、前記プログラム命令が、
複数のＭ個の出力信号の受信を可能にするスキャン制御信号を生成する命令であって、前記複数のＭ個の出力信号のそれぞれが、前記脳に連結された複数のＮ個の電極からそれぞれ受信される複数の入力信号の合成に基づく、前記生成する命令と、
前記複数のＭ個の出力信号のうちの１つまたは複数から神経スパイク信号を検出するために、受信された前記複数のＭ個の出力信号のデジタル化バージョンを受信する命令と、
検出された前記神経スパイク信号を有する前記複数のＭ個の出力信号のうちの前記１つまたは複数に対応する前記複数の電極の全てからの信号記録を可能にする、読み出し制御信号を生成する命令であって、前記信号記録中に、前記複数の出力信号の前記受信が、前記スキャン制御信号によって無効化され、Ｍ＜Ｎである、前記生成する命令と、
を含む、コンピュータ・プログラム製品。
【請求項２５】
前記Ｍ個の出力信号のうちのＪ個を受信することを可能にするスキャン制御信号を生成する命令であって、前記Ｍ個の出力信号のうちの前記Ｊ個のそれぞれが、前記複数のＮ個の電極の第１のグループから受信される複数の入力信号の合成に基づく、前記生成する命令と、
前記複数のＪ個の出力信号のうちの１つまたは複数から神経スパイク信号を検出するために、前記複数のＪ個の出力信号のデジタル化バージョンを受信する命令と、
検出された前記神経スパイク信号を有する前記複数のＪ個の出力信号のうちの前記１つまたは複数にそれぞれ対応する前記複数のＮ個の電極の前記第１のグループから受信される前記複数の入力信号から信号記録を可能にする第１の読み出し制御信号を生成する命令と、
前記複数のＮ個の電極の第２のグループから受信される複数の入力信号から信号記録を可能にする第２の読み出し制御信号を生成する命令であって、前記複数のＮ個の電極の前記第２のグループが、Ｍ−Ｊ個の出力信号を介してそれぞれ記録される、前記生成する命令と、
をさらに含む、請求項２４に記載のコンピュータ・プログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、神経性脳活動に関し、より詳細には、脳に連結された複数の電極から受信される神経信号を記録することに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気神経信号（例えば、神経スパイク信号（neural spike signal））は、例えば、埋め込み型システム（即ち、埋め込み型チップ）を用いて脳から直接記録され得る。しかしながら、脳マッピングについての十分な空間的および時間的分解能の提供には、脳に接触している多数の電極のリアルタイム・モニタリングが必要であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、脳からの神経スパイク信号を記録するためのデバイス、方法、コンピュータ実施される方法、およびコンピュータ・プログラム（以下「コンピュータ・プログラム製品」とも呼ぶ）を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つまたは複数の実施形態によれば、多数の電極からの神経信号（例えば、神経スパイク）を、それよりも少ない数の記録チャネルを用いて記録することが提供される。それによって、電極の選択されたグループ上の神経信号活動（例えば、神経スパイク信号）が、スキャンされ、その後記録される。
【０００５】
１つまたは複数の実施形態によれば、神経信号記録デバイス（neural signal recording device）は、脳に連結された合計Ｎ個の電極から選択される、電極の１つまたは複数のＭ個のグループにおいて神経スパイク活動（neural spike activity）を検出する、スキャン・モード回路を含む。神経信号記録デバイスは、スキャン・モード回路によって神経スパイク活動が検出された、電極の１つまたは複数のＭ個のグループに存在する全ての神経スパイク信号を記録する、読み出しモード回路も含み、それによって、Ｎ個より少ない電極が、読み出しモード回路によって、いずれか１回に記録される。
【０００６】
１つの実施形態によれば、脳からの神経スパイク信号を記録する方法は、脳に連結されたＮ個の電極をＭ個のグループに分割することであって、Ｍ個のグループが、それぞれ複数の電極を有する、分割することと、Ｍ個の信号出力を生成するために、電極のＭ個のグループのうちのそれぞれに対応する複数の電極から受信された信号を合成することと、神経スパイク信号の検出のためにＭ個の信号出力の全てをスキャンすることと、Ｍ個の信号出力のうちのいずれか１つまたは複数の中の神経スパイク信号の検出に応答して、神経スパイク信号が検出された電極のＭ個のグループのうちのいずれか１つまたは複数に対応する複数の電極の全ての上の神経スパイク活動を記録することと、を含み、それによって、Ｎ個より少ない電極がいずれか１回に記録される。
【０００７】
１つまたは複数の他の実施形態によれば、神経信号記録デバイスは、入力の第１のグループおよび第１の出力を有する第１の信号合成回路（signal combining circuit）であって、入力の第１のグループが、脳に連結されたＮ個の電極のうちのＣ１個の電極の第１のグループに連結され、第１の出力が、Ｃ１個の電極の第１のグループから受信される１つまたは複数の第１の神経スパイク信号を合成する、第１の信号合成回路と、入力の第２のグループおよび第２の出力を有する第２の信号合成回路であって、入力の第２のグループが、Ｎ個の電極のうちのＣ２個の電極の第２のグループに連結され、第２の出力が、Ｃ２個の電極の第２のグループから受信される１つまたは複数の第２の神経スパイク信号を合成する、第２の信号合成回路と、Ｃ１個の電極またはＣ２個の電極のいずれかから１つまたは複数の神経スパイク信号を検出するための、第１の出力および第２の出力にそれぞれ連結される、複数の神経信号検出回路（neural signal detection circuit）と、Ｃ１個の電極からの１つもしくは複数の第１の神経スパイク信号の検出に応答する信号記録のためにＣ１個の電極の第１のグループの全てのみをルーティングするか、またはＣ２個の電極からの１つもしくは複数の第２の神経スパイク信号の検出に応答する信号記録のためにＣ２個の電極の第２のグループの全てのみをルーティングするかのいずれかである、Ｎ個の電極に連結されたスイッチ・マトリクスであって、Ｃ１＜ＮかつＣ２＜Ｎである、スイッチ・マトリクスと、を含む。
【０００８】
１つまたは複数の他の実施形態によれば、脳からの神経スパイク信号を記録するコンピュータ実施される方法が提供される。それによって、方法は、複数のＭ個の出力信号の受信を可能にするスキャン制御信号を生成することであって、複数のＭ個の出力信号のそれぞれが、脳に連結された複数のＮ個の電極からそれぞれ受信される複数の入力信号の合成に基づく、生成することと、複数のＭ個の出力信号のうちの１つまたは複数から神経スパイク信号を検出するために、受信された複数のＭ個の出力信号のデジタル化バージョンを受信することと、検出された神経スパイク信号を有する複数のＭ個の出力信号のうちの１つまたは複数に対応する複数の電極の全てからの信号記録を可能にする、読み出し制御信号を生成することと、を含む。信号記録中に、複数の出力信号の受信は、Ｍ＜Ｎであるように、スキャン制御信号によって無効化される。
【０００９】
１つまたは複数の他の実施形態によれば、脳から神経スパイク信号を記録するコンピュータ・プログラム製品が、提供される。それによって、コンピュータ・プログラム製品は、プログラム命令がプロセッサによって実行可能であるように、１つまたは複数の非一過性（non-transitory）（「不揮発性」とも呼ぶ）コンピュータ可読記憶デバイスと、１つまたは複数の非一過性記憶デバイスのうちの少なくとも１つの上に記憶されるプログラム命令と、を含む。プログラム命令は、複数のＭ個の出力信号の受信を可能にするスキャン制御信号を生成する命令であって、複数のＭ個の出力信号のそれぞれが、脳に連結された複数のＮ個の電極からそれぞれ受信される複数の入力信号の合成に基づく、生成する命令と、複数のＭ個の出力信号のうちの１つまたは複数から神経スパイク信号を検出するために、受信された複数のＭ個の出力信号のデジタル化バージョンを受信する命令と、検出された神経スパイク信号を有する複数のＭ個の出力信号のうちの１つまたは複数に対応する複数の電極の全てからの信号記録を可能にする、読み出し制御信号を生成する命令であって、信号記録中に、複数の出力信号の受信が、スキャン制御信号によって無効化され、Ｍ＜Ｎである、生成する命令と、を含む。
【００１０】
発明の実施形態が、ここで単なる例として添付図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】１つの例示的実施形態による、神経性脳活動をモニタリングするシステムのブロック図である。
【図２】１つの例示的実施形態による、神経性脳活動をモニタリングする図１のシステムに関連付けられた神経記録デバイスを示す図である。
【図３】１つの例示的実施形態による、神経記録デバイスの動作に関連付けられた機能フロー図である。
【図４】１つの例示的実施形態による、神経記録デバイスの動作に関連付けられた機能フロー図である。
【図５】１つの例示的実施形態による、神経記録デバイスの動作に関連付けられた機能フロー図である。
【図６】１つの例示的実施形態による、神経記録デバイスの動作に関連付けられた機能フロー図である。
【図７】１つの例示的実施形態による、図２の神経記録システムに関連付けられた神経信号合成回路を示す図である。
【図８】別の例示的実施形態による、図２の神経記録システムに関連付けられた別の神経信号合成回路を示す図である。
【図９】別の例示的実施形態による、神経性脳活動をモニタリングする図１のシステムに関連付けられた別の神経記録デバイスを示す図である。
【図１０】１つの例示的実施形態による、神経記録デバイスのスキャン・モードおよび読み出しモード制御に関連付けられたフロー図である。
【図１１】１つの実施形態による、図３〜図６または図１０あるいはその組み合わせの１つまたは複数のプロセスを実行するハードウェアおよびソフトウェアのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面は、必ずしも一定の縮尺ではない。図面は、単なる概略的表現であり、発明の特定のパラメータを描写することを意図するものではない。図面は、発明の典型的実施形態のみを示すことを意図している。図面において、類似の番号は、類似の要素を表す。
【００１３】
特許請求された構造および方法の詳細な実施形態が、本明細書において開示されるが、開示される実施形態は、多様な形式において具現化され得る特許請求された構造および方法の単なる例示であると、理解され得る。しかしながら、本発明は、多くの異なる形式で具現化されてもよく、本明細書に述べられている例示的実施形態に限定されるように解釈されるべきではない。むしろ、これらの例示的実施形態は、本開示が完全かつ完成したものとなるように、かつ本発明の範囲を当業者に完全に伝達するように提供される。説明において、周知の特徴および技術の詳細は、提示された実施形態を不必要に不明瞭にしないようにするために省略されてもよい。
【００１４】
本発明は、回路、システム、方法、またはコンピュータ・プログラム製品、あるいはその組み合わせであってもよい。コンピュータ・プログラム製品は、プロセッサに本発明の態様を実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令をその上に有するコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよい。
【００１５】
コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行デバイスにより使用するための命令を保持し、記憶し得る有形デバイスであり得る。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子記憶デバイス、磁気記憶デバイス、光学記憶デバイス、電磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、または前述したものの任意の適当な組み合わせであってもよいが、これらに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例の非網羅的リストは、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ハード・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュ・メモリ）、静的ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、ポータブル・コンパクト・ディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、メモリ・スティック、フロッピー（Ｒ）・ディスク、パンチカードまたはその上に記録された命令を有する溝内の隆起構造などの機械的に符号化されたデバイス、および前述したものの任意の適当な組み合わせを含む。本明細書で用いられるコンピュータ可読記憶媒体は、本来、電波もしくは他の自由伝播する電磁波、導波管もしくは他の送信媒体を通って伝播する電磁波（例えば、光ファイバ・ケーブルを通過する光パルス）、または電線を通って送信される電気信号などの、一過性信号であると解釈されるべきではない。
【００１６】
本明細書で説明されるコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体からそれぞれのコンピューティング／処理デバイスに、またはネットワーク、例えば、インターネット、ローカル・エリア・ネットワーク、ワイド・エリア・ネットワーク、もしくはワイヤレス・ネットワーク、またはその組み合わせを介して外部コンピュータまたは外部記憶デバイスに、ダウンロードされ得る。ネットワークは、銅伝送ケーブル、光伝送ファイバ、ワイヤレス伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイ・コンピュータ、またはエッジ・サーバ、あるいはその組み合わせを含み得る。各コンピューティング／処理デバイス内のネットワーク・アダプタ・カードまたはネットワーク・インターフェースは、コンピュータ可読プログラム命令をネットワークから受信し、それぞれのコンピューティング／処理デバイス内のコンピュータ可読記憶媒体の記憶用にコンピュータ可読プログラム命令を転送する。
【００１７】
本発明の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セット・アーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、機械命令、機械依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ（Ｒ）、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語もしくは類似のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含む、１つもしくは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれたソース・コードもしくはオブジェクト・コードのいずれかであってもよい。コンピュータ可読プログラム命令は、ユーザのコンピュータ上で完全に、ユーザのコンピュータ上で部分的に、スタンドアロン・ソフトウェア・パッケージとして、ユーザのコンピュータ上で部分的にかつリモート・コンピュータ上で部分的に、またはリモート・コンピュータもしくはサーバ上で完全に、実行してもよい。後者のシナリオでは、リモート・コンピュータは、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）またはワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを通して、ユーザのコンピュータに接続されてもよい。あるいは、接続は、（例えば、インターネット・サービス・プロバイダを用いてインターネットを通して）外部コンピュータに対して行われてもよい。いくつかの実施形態では、例えば、プログラマブル・ロジック回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、またはプログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路は、本発明の態様を実行するために、コンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用して電子回路を個別化することによって、コンピュータ可読プログラム命令を実行し得る。
【００１８】
本発明の態様は、発明の実施形態による、方法、装置（システム）、およびコンピュータ・プログラム製品のフローチャート図またはブロック図あるいはその両方を参照して、本明細書において説明される。フローチャート図またはブロック図あるいはその両方の各ブロック、およびフローチャート図またはブロック図あるいはその両方のブロックの組み合わせは、コンピュータ可読プログラム命令によって実施され得ると理解されたい。
【００１９】
これらのコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサによって実行する命令が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方のブロックにおいて指定される機能／動作を実施する手段を作り出すように、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラマブル・データ処理装置のプロセッサに提供されてマシンを作り出すものであってよい。これらのコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体に記憶される命令を有するコンピュータ可読記憶媒体が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方のブロックにおいて指定される機能／動作の態様を実施する命令を含む製品を含むように、コンピュータ可読記憶媒体に記憶され、コンピュータ、プログラマブル・データ処理装置、または他のデバイス、あるいはその組み合わせに特定のやり方で機能するように指示し得るものであってもよい。
【００２０】
コンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブル装置、または他のデバイス上で実行する命令が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方のブロックにおいて指定された機能／動作を実施するように、コンピュータ実施されたプロセスを生成するために、コンピュータ、他のプログラマブル・データ処理装置、または他のデバイス上にロードされ、コンピュータ、他のプログラマブル装置、または他のデバイス上で一連の動作ステップを実行させるものであってもよい。
【００２１】
図面中のフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータ・プログラム製品の考えられる実施のアーキテクチャ、機能性、および動作を示している。この点に関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、指定された論理機能を実施するための１つまたは複数の実行可能命令を含む、モジュール、セグメント、または命令の一部を表してもよい。いくつかの代替的な実施において、ブロック内に記載された機能は、図面中に記載された順序以外で発生してもよい。例えば、連続して示される２つのブロックが、実際には、実質的に同時に実行されてもよく、または、ブロックが、関係する機能性次第で、逆の順序で実行されることがあってもよい。ブロック図またはフローチャート図あるいはその両方の各ブロック、およびブロック図またはフローチャート図あるいはその両方におけるブロックの組み合わせが、指定された機能もしくは動作を実行し、または専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせを実行する専用ハードウェア・ベース・システムによって実施され得ることにも留意されたい。
【００２２】
本明細書で説明される１つまたは複数の例示的実施形態は、中でも、多数の電極からの神経信号（例えば、神経スパイク）を、それよりも少ない数の記録チャネルを用いて記録することを目的とする。１つの例によれば、５１２個の電極が、減少した数（即ち、８の因数）の６４個のチャネルを用いて処理され得る。概して、Ｎ個の電極は、減少した数のＭ個のチャネルを用いて記録され得る。
【００２３】
図１は、１つの例示的実施形態による、神経性脳活動をモニタリングするシステム１００のブロック図を示す。図示されるように、神経性脳活動をモニタリングするシステム１００は、誘導電力結合デバイス１０４を有する外部ユニット１０２と、誘導電力結合デバイス１０８を有する埋め込みチップ（implant chip）１０６と、植え込みチップ１０６に連結される信号伝導手段１１１をそれぞれ有する複数のＮ個の電極１１０と、を含み得る。
【００２４】
図示されるように、所与の対象者の頭１０５に基づいて、埋め込みチップ１０６は、対象者の頭蓋骨１１４の表面および頭蓋骨１１４を覆う皮膚１１６の間に配置され得る。複数のＮ個の電極１１０は、対象者の脳の皮質領域１２０に連結され、複数のＮ個の電極の信号伝導手段１１１は、皮質１２０の外表面を覆う硬膜１１８の穴１２１および頭蓋骨１１４に作られた穴１２３の両方を通過する。
【００２５】
動作中に、複数のＮ個の電極１１０およびそれらの対応する信号伝導手段１１１は、皮質領域１２０から埋め込みチップ１０６へ神経性信号活動（neurological signal activity）（例えば、神経スパイク信号）を受信および送信する。埋め込みチップ１０６は、次いで、例えば、皮質領域１２０の異なる領域ｒ１、ｒ２、ｒ３から受信される任意の神経性信号（例えば、神経スパイク）を処理し記録し得る。処理され記録された神経性信号（例えば、神経スパイク）に関連付けられたデータが、次いで、埋め込みチップ１０６によって外部ユニット１０２にワイヤレス送信され得る。外部ユニット１０２は、任意の種類のコンピュータ・デバイス（例えば、ラップトップ、デスクトップ、タブレット、モバイル・デバイスなど）であり得る。そのようなデータのワイヤレス送信を容易にするために、外部ユニット１０２またはコンピュータ・デバイスは、電流で誘導電力結合デバイス１０４に通電する。通電された誘導電力結合デバイス１０４によって発生される電磁場は、次いで、埋め込みチップ１０６に連結された誘導電力結合デバイス１０８内に電流を誘導する。埋め込みチップ１０６は、その後、この誘導電流を利用して、データ送信／受信のために埋め込みデバイス１０６内に位置するワイヤレス送受信機に電力供給し得る。
【００２６】
外部ユニット１０２は、処理され記録された神経性信号（例えば、神経スパイク）に関連付けられたデータをさらに処理するソフトウェア・プログラミングを含み得る。例えば、外部ユニット１０２は、皮質領域１２０から受信される任意の神経性信号を受信し、さらに処理するために、規則的な間隔で埋め込みチップを差し得る。別の例によれば、外部ユニット１０２は、埋め込みデバイス１０６にソフトウェア・アップデートおよび動作構成を提供し得る。
【００２７】
図２は、１つの実施形態による、神経性脳活動をモニタリングする図１の例示的システム１００に関連付けられた神経記録デバイス２００を示す。神経記録デバイス２００は、対象者の脳（例えば、図１：皮質領域１２０）に関連する神経スパイク信号を検出および記録する、スキャン・モード回路および読み取りモード回路の両方を含む。スキャン・モード回路および読み出しモード回路は、スキャン・モード動作および読み取りモード動作を提供する別々のデバイスまたは回路を用いることを考慮し得る。しかしながら、代替的には、スキャン・モード回路および読み出しモード回路は、スキャン・モード動作および読み取りモード動作中に共通の／共有のデバイスまたは回路を用いることを考慮してもよい。
【００２８】
スキャン・モード回路は、脳に連結された合計Ｎ個の電極から選択される、電極のＭ個のグループうちのいずれかの中で神経スパイク活動を検出する。これに応じて、脳に連結される合計Ｎ個の電極は、Ｍ個のグループに分割され、それによって、いくつかの実施形態においてＮ＝Ｃ×Ｍであるように、Ｍ個のグループのそれぞれが、検出のためのＣ個の電極を有する。
【００２９】
スキャン・モード回路は、脳に連結された合計Ｎ個の電極から取られた電極の対応するグループ内で起こる、１つまたは複数の神経スパイク信号の発生をそれぞれが検出する、複数のＭ個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍを含む。例えば、信号合成回路２０２ａが、１〜Ｃ個の電極の第１のグループ（即ち、グループ１）内で発生する１つまたは複数の神経スパイク信号の発生を検出し、信号合成回路２０２ｂが、他の１〜Ｃ個の電極の第２のグループ（即ち、グループ２）内で発生する１つまたは複数の神経スパイク信号の発生を検出し、信号合成回路２０２ｃが、他の１〜Ｃ個の電極の第３のグループ（即ち、グループ３）内で発生する１つまたは複数の神経スパイク信号の発生を検出する、などである。
【００３０】
複数のＭ個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍのそれぞれが、それぞれの入力電極１〜Ｃから受信される信号を集約する。例えば、信号合成回路２０２ａは、高域フィルタ２０４ａ〜２０４ｃ、スイッチ制御ユニット２０６、および電力合成器２０８を含む。したがって、入力電極１〜Ｃから受信される信号は、他の不必要なスプリアス信号をフィルタリングしつつ、高周波の神経スパイク信号を通過させるためにそれぞれフィルタリングされる。よって、信号合成回路２０２ａ内で、高域フィルタ２０４ａが、電極１から受信され得る神経スパイク信号をフィルタリングし、高域フィルタ２０４ｂが、電極２から受信され得る神経スパイク信号をフィルタリングするなど、高域フィルタ２０４ｃが、電極Ｃから受信され得る神経スパイク信号をフィルタリングするまで、同様である。高域フィルタ２０４ａ〜２０４ｃからのフィルタリングされた出力は、スイッチ制御ユニット２０６に連結され、スイッチ制御ユニット２０６は、電力合成器２０８へフィルタリングされた出力の送信を可能にし、または抑制する。電力合成器２０８は、次いで、高域フィルタ２０４ａ〜２０４ｃから受信される神経スパイク信号のいずれかを単一の出力Ｏ／Ｐ１へ連結し得る。電力合成器２０８の出力Ｏ／Ｐ１は、よって、単一の神経スパイク信号（例えば、電極１のみから受信される神経スパイク）のみが受信されるか、少数の神経スパイク信号（例えば、電極１、３および６から受信される神経スパイク）が受信されるか、または全ての神経スパイク信号（例えば、全ての電極１〜Ｃから受信される神経スパイク）が受信されるかにかかわらず、１〜Ｃ個の電極のグループ内の任意の神経スパイク活動の集約を可能にする。信号合成回路２０２ｂ〜２０２ｍは、また、上述した信号合成回路２０２ａのものと同一または類似の高域フィルタ、スイッチ制御ユニット、および電力合成器を含み得る。
【００３１】
スキャン・モード回路は、また、信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍのそれぞれ１つにそれぞれ連結される複数のＭ個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍを含み得る。例えば、神経信号検出回路２１０ａは、信号合成回路２０２ａに連結され、神経信号検出回路２１０ｂは、信号合成回路２０２ｂに連結され、神経信号検出回路２１０ｃは、信号合成回路２０２ｃに連結される、などである。よって、Ｍ個の信号合成回路２１０ａ〜２１０ｍの場合、Ｍ個の神経信号検出回路２０２ａ〜２０２ｍが利用され、それによって、Ｍ個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍのそれぞれが、連結されるＭ個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍのそれぞれ１つからの任意の神経スパイク信号出力の発生を検出する。例えば、神経信号検出回路２１０ａは、信号合成回路２０２ａからの任意の神経スパイク信号出力の発生を検出し、神経信号検出回路２１０ｂは、信号合成回路２０２ｂからの任意の神経スパイク信号出力の発生を検出し、神経信号検出回路２１０ｃは、信号合成回路２０２ｃからの任意の神経スパイク信号出力の発生を検出する、などである。
【００３２】
複数のＭ個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍのそれぞれが、フィルタリングおよび信号増幅回路（filtering and signal amplification circuit）２１２（即ち、前処理段階）、ならびにフィルタリングおよび信号増幅回路２１２に連結されたアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路２１４を含み得る。フィルタリングおよび信号増幅回路２１２は、他の不必要なスプリアス信号を抑制（例えば、ノイズ低減）しつつ、神経スパイク信号の存在に対応する周波数成分の範囲を通過させるように構成されるバンドパス・フィルタを含み得る。バンドパス・フィルタによって通過された任意の神経スパイク信号は、次いで、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路２１４に連結され、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路２１４によって受信される前に、増幅回路によって増幅される。アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路２１４において、任意のフィルタリングおよび増幅された神経スパイク信号は、デジタル化神経スパイク信号に変換される。このようにして、検出された神経スパイク信号は、神経記録デバイス２００の読み取りモード動作を容易にするために、デジタル形式に変換される。その結果、読み取りモードの間、検出されたスパイク信号を示すＭ個のグループのそれぞれに関連付けられた１〜Ｃ個の電極の全ての上に存在する１つまたは複数の神経スパイク信号は、以下の段落でより詳細に説明されるように、さらなる神経に関連した分析のために記録される。よって、いかなる検出された神経スパイク信号も有しないＭ個のグループのそれぞれは、信号記録について考慮されない。
【００３３】
いくつかの実施形態において、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路２１４は、デジタル閾値比較ケイパビリティの使用を考慮してもよく、それによって、不必要な信号成分ではなくその神経スパイクが検出されデジタル化されていることを保証するために、デジタル化信号がデジタル閾値と比較される。他の実施形態において、そのようなデジタル閾値比較ケイパビリティは、神経記録デバイス２００に関連付けられた他の回路／デバイス（例えば、ＤＳＰ２１８）内に組み込まれ得る。
【００３４】
読み取りモード回路は、スキャン・モード回路によって神経スパイク活動が検出された電極のＭ個のグループのうちのいずれか１つの中に存在する全ての神経スパイク信号を記録する。特に、神経スパイク信号が、電極のＭ個のグループのうちの１つの中の電極の少なくとも１つの上で検出されるときに、そのグループ内の電極の全てが、信号登録のためにルーティングされる。したがって、ルーティングおよび信号登録は、神経信号が検出されるＭ個のグループ内のグループにのみ適用されるが、信号ルーティングおよび登録は、神経信号活動が検出されないＭ個のグループ内のグループのいずれかについては中止される。このようにして、Ｎ個の電極からの神経信号のルーティングおよび登録が、減少した数のＭ個のチャネルを用いて達成され得る。
【００３５】
読み取りモード回路は、スイッチ・マトリクス２１６およびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２１８を含み得る。読み取りモード回路は、テレメトリおよびデータ記憶ユニット２２０を追加的に含み得る。図示されるように、脳に連結されたＮ個の電極もまた、スイッチ・マトリクス２１６への入力として受信される。しかしながら、Ｎ個の入力から、スイッチ・マトリクス２１６は、スキャン・モード回路に関連付けられた複数のＭ個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍにも連結される、減少した数のＭ個の出力Ｏ／Ｐｍを有する。このようにして、図示される例示的実施形態は、読み出しモード回路およびスキャン・モード回路の両方の一部を形成し得る回路／デバイス／コンポーネント（即ち、神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ）を含む。しかしながら、他の実施形態によれば、スイッチ・マトリクス２１６のＭ個の出力が、神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍのものと類似または同一のやり方で動作するＭ個の他の神経信号検出回路（図示せず）に連結され得ることを、理解すべきである。前述の通り、スイッチ・マトリクス２１６のＭ個の出力にルーティングされる任意の神経スパイク信号は、複数のＭ個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍのそれぞれ１つによってフィルタリングされ、増幅され、デジタル化される（即ち、フロント・エンド処理）。
【００３６】
ＤＳＰ２１８は、デジタル信号（例えば、神経信号など）を処理すること、および神経記録デバイス２００の操作性の実行のためのコマンドを生成することが可能な任意の回路を含み得る。特に、ＤＳＰ２１８は、読み取り制御信号２０３を介して、Ｍ個のグループのうちのどのグループが神経スイッチ活動を示しているか検出するスキャン回路に基づいて、スイッチ・マトリクス２１６のルーティング動作を開始し得る。さらに、ＤＳＰ２１８は、スキャン制御信号２０１を介して、Ｍ個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍ、およびその結果としてスキャン制御回路の動作をアクティブ化および非アクティブ化し得る。スイッチ・マトリクス２１６のルーティング動作が一旦開始されると、スイッチ出力Ｏ／Ｐｍにルーティングされる神経信号が、神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍから検出され、ＤＳＰ２１８に送信される。例えば、神経スパイク活動が、信号合成回路２０２ａ（グループ１）および信号合成回路２０２ｂ（グループ２）の上でのみ検出される場合、合成回路２０２ａおよび２０２ｂに連結された１〜Ｃ個の電極に関連付けられる信号は、スイッチ・マトリクス２１６の出力Ｏ／Ｐｍにルーティングされる。数値例を用いると、８個の電極（即ち、Ｃ＝８）が、回路２０２ａに連結され、８個の電極（即ち、Ｃ＝８）が、２０２ｂに連結されていると仮定する。したがって、合成回路２０２ａ、２０２ｂ両方の入力に対応する合計１６個の電極が、スイッチのＭ個の出力Ｏ／Ｐｍの１６個の出力にルーティングされる。これらの１６個の出力は、次いで、１６個の神経信号検出回路によって処理され、それによって、これらの１６個の神経信号検出回路からの処理済み出力は、ＤＳＰ２１８によって受信および記録される。
【００３７】
記録プロセスは、スキャン・モードの間に神経スパイク活動を示した１つまたは複数の信号合成回路に対応する、ルーティングされた１〜Ｃ個の電極の神経スパイク・デジタル値を記憶することを含み得る。上記例を用いると、記録プロセス中に、ＤＳＰ２１６は、合成回路２０２ａおよび２０２ｂの１６個の入力電極上で検出された神経スパイク信号のいずれかに関連付けられたデジタル値を記憶する。ＤＳＰ２１８は、ＤＳＰ２１８上に位置するメモリ内のいずれかに神経スパイク・デジタル値を記憶してもよく、または代替的に、ＤＳＰ２１８は、このデータをデータ記憶およびテレメトリ・ユニット２２０に転送してもよい。記録プロセスは、神経スパイク・デジタル値のそれぞれに関連付けられた追加情報を記憶することも含み得る。例えば、各神経信号の記録時間／日付（例えば、２０１６年３月３１日午前１０：３０）に対応するデータおよび電極番号（例えば、電極１００６）は、神経スパイク・デジタル値のそれぞれとともに記憶され得る。
【００３８】
いくつかの実施形態によれば、各神経信号の記録時間／日付（例えば、２０１６年３月３１日午前１０：３０）に対応する記憶されたデータ、電極番号（例えば、電極１００６）、およびデジタル値は、ユニット２２０のテレメトリ機能性によって送信され得る。他の実施形態において、ＤＳＰ２１８は、組み込み型送受信機回路を含んでもよく、それによって、各神経信号の記録時間／日付（例えば、２０１６年３月３１日午前１０：３０）に対応する記憶されたデータ、電極番号（例えば、電極１００６）、およびデジタル値は、そのような送受信機を用いて送信され得る。さらに別の実施形態によれば、テレメトリ／データ記憶ユニット２２０およびＤＳＰ２１８の送受信機両方が、とりわけ、各神経信号の記録時間／日付（例えば、２０１６年３月３１日午前１０：３０）、電極番号（例えば、電極＃１００６）、およびデジタル値について同時送信手段を提供し得る。そのような実施形態において、神経記録デバイス２００から外部ユニット１０２（図１）へ送信される神経スパイク・データのスループットは、神経性活動のリアルタイム・モニタリングを容易にするように動的に増加し得る。
【００３９】
スキャン・モード回路および読み取りモード回路が、神経記録デバイス２００の例示的実施形態を用いて説明されているが、そのようなスキャン・モードおよび読み取りモードの機能性は、代替的ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせを用いて実施され得ると理解される。
【００４０】
図３〜図６は、１つの例示的実施形態による、神経記録システムの動作に関連付けられたフロー図である。神経記録システムの以下の動作の説明は、図２の例示的神経記録システムを用いて容易にされるが、任意の他のハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェア／ソフトウェア・ベースの神経記録システムが考慮され得る。
【００４１】
図３を参照すると、３０２において、処理される有限数のＮ個の電極が、受信される。例えば、Ｎ個の電極（図２）は、信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍ（図２）およびスイッチ・マトリクス２１６（図２）によって受信される。
【００４２】
３０４において、受信されたＮ個の電極は、Ｃ個の電極を入力チャネルとしてそれぞれ有する、電極のＭ個のグループに分割され（例えば、Ｎ＝Ｍ×Ｃ）、ここで、ＭおよびＮは、整数であり、かつＭ＜Ｎである。数値例を用いると、Ｎ＝５１２個の電極が、Ｃ＝８個の電極を入力チャネルとしてそれぞれ有するＭ＝６４個のグループに分割され得る。このようにして、Ｎ＝５１２個の電極が、Ｍ＝６４個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍ（図２）によって受信され、それによって、Ｍ＝６４個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍ（図２）のそれぞれが、Ｎ＝５１２個の電極に関連付けられたＣ＝８個の入力電極を含む。図２にさらに示されるように、Ｎ＝５１２個の電極も、スイッチ・マトリクス２１６への入力として受信される。
【００４３】
３０６において、電極のＭ個のグループのそれぞれのグループ内で、Ｍ個のグループのそれぞれについての合成された信号出力（Ｐ）が、グループ内の各入力チャネル（Ｃ）をフィルタリングすること、およびフィルタリングされたチャネルのそれぞれの出力信号を合成することによって生成される。例えば、信号合成回路２０２ａ（図２）内で、Ｏ／Ｐ１（図２）は、入力チャネル１〜Ｃ（図２）のそれぞれをフィルタリングすること、およびそのようなフィルタリングされた入力チャネルを電力合成器２０８（図２）により合成することによって、生成される。残りの合成回路についての合成された信号出力Ｏ／Ｐ２〜Ｏ／Ｐｍ（図２）は、このように同一または類似のやり方で生成される。よって、Ｍ個の出力Ｏ／Ｐ１〜Ｏ／Ｐｍ（図２）は、信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍ（図２）から生成される。
【００４４】
３０８において、Ｍ個のグループのそれぞれのグループの合成された信号出力（Ｐ）が、Ｍ個のグループのそれぞれに関連付けられた１つまたは複数の神経スパイク信号の存在を判断するためにスキャンされる。例えば、神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）を用いて、それぞれの合成回路２０２ａ〜２０２ｍ（図２）から受信される合成された信号出力Ｏ／Ｐ１〜Ｏ／Ｐｍ（図２）が、１つまたは複数の神経スパイク信号の存在を判断するためにスキャンされる。例えば、神経信号検出回路２１０ａ（図２）は、１つまたは複数の神経スパイク信号が合成回路２０２ａ（図２）の出力Ｏ／Ｐ１から検出され得るかどうかを判断し、神経信号検出回路２１０ｂ（図２）は、１つまたは複数の神経スパイク信号が合成回路２０２ｂ（図２）の出力Ｏ／Ｐ２から検出され得るかどうかを判断し、神経信号検出回路２１０ｃ（図２）は、１つまたは複数の神経スパイク信号が合成回路２０２ｃ（図２）の出力Ｏ／Ｐ３から検出され得るかどうかを判断する、などである。神経信号検出回路２１０ａ（図２）は、出力Ｏ／Ｐ１から受信される信号をバンドパス・フィルタリングし、増幅し、デジタル化することによって１つまたは複数の神経スパイク信号の存在を判断し、神経信号検出回路２１０ｂ（図２）は、出力Ｏ／Ｐ２から受信される信号をバンドパス・フィルタリングし、増幅し、デジタル化することによって１つまたは複数の神経スパイク信号の存在を判断し、神経信号検出回路２１０ｃ（図２）は、出力Ｏ／Ｐ３から受信される信号をバンドパス・フィルタリングし、増幅し、デジタル化することによって１つまたは複数の神経スパイク信号の存在を判断する、などである。これらの出力Ｏ／Ｐ１〜Ｏ／Ｐｍ（図２）において、ある閾値より大きな（例えば、電極上で伝導されるノイズ・レベルまたはスプリアス信号より大きな）値を有するデジタル化信号が、したがって検出された信号スパイク信号に対応し得る。
【００４５】
３１０において、神経スパイク信号が、合成された信号出力のいずれかにおいて存在するかどうかが判断される。例えば、プロセス３０８に関する上述のスキャンに基づいて、神経スパイク信号が、合成された信号出力Ｏ／Ｐ１〜Ｏ／Ｐｍ（図２）の１つまたは複数上に存在するかどうかが判断される。例えば、スキャンに基づいて、神経スパイク信号がＯ／Ｐ１、Ｏ／Ｐ２、およびＯ／Ｐ３（図２）上にのみ存在するかどうかが判断されてもよい。神経スパイク信号が出力Ｏ／Ｐ１〜Ｏ／Ｐｍ（図２）のいずれにも存在しない場合、処理は、３０６および３０８に戻り、合成された出力Ｏ／Ｐ１〜Ｏ／Ｐｍ（図２）のいずれかの上で神経スパイク信号活動が検出されるまで、信号合成およびスキャンが継続される。
【００４６】
３１２において、プロセス３１０の間の神経スパイク信号の検出に基づいて、スキャン中に１つまたは複数の神経スパイク信号の存在が検出された、Ｍ個のグループのうちのＳ個に対応するチャネル（Ｃ）のそれぞれからの神経スパイク信号が、前処理され（例えば、増幅およびフィルタリングされ）、これによりＳ＜Ｍである。例えば、スキャン中に、１つまたは複数の神経スパイク信号が、合成回路２０２ａの出力Ｏ／Ｐ１（図２）、合成回路２０２ｂのＯ／Ｐ２（図２）、および合成回路２０２ｃのＯ／Ｐ３（図２）においてのみ検出され得る。これに応じて、ＤＳＰ２１８（図２）は、次いで、それぞれの出力Ｏ／Ｐ１、Ｏ／Ｐ２、Ｏ／Ｐ３からのスキャン・プロセス中に１つまたは複数の神経スパイク信号が検出された、これらの合成回路２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃに入力される全ての電極（１〜Ｃ）のルーティングを可能にするために、スイッチ・マトリクス２１６（図２）への読み取り制御２０３（図２）信号を生成し得る。Ｃ＝８の場合、合成回路２０２ａ、２０２ｂ、および２０２ｃのそれぞれが、スイッチ２１６によってルーティングされる「８」個の電極を含む。したがって、合計「２４」個の電極（３×８）が、前処理のために「２４」個の対応する神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）にルーティングされ、それによって、神経スパイク信号を伝導する電極が、フィルタリングおよび増幅される。このようにして、上述の例では、Ｍ＝６４個のグループのうちのＳ＝３個が、前処理される。よって、このような例示的構成に基づいて、信号活動を示す電極のグループについてのみルーティングおよび記録が開始されるため、減少した数の電極が、任意の所与の時間に処理される。
【００４７】
３１４において、Ｍ個のグループから識別されたＳ個のグループに対応するチャネル（Ｃ）のそれぞれからの前処理された神経スパイク信号は、デジタル化され、さらに処理され得る（例えば、それによって、Ｍ−Ｓ個のグループは非アクティブである（即ち、神経スパイク活動がない））。上述の例を用いて、「２４」個の対応する神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）にルーティングされる合計「２４」個の電極（３×８）は、フィルタリングおよび増幅（即ち、前処理）に続いてデジタル化され、記憶される。よって、Ｍ−Ｓ（６４−３＝６１）個のグループは、非アクティブであり、ルーティング、前処理、および処理される必要はない。いくつかの実施形態において、前処理は必要とされなくともよいと理解され得る。このような実施形態において、ルーティングされる神経スパイク信号は、直接デジタル化され、記憶される。処理は、デジタル化神経信号（即ち、デジタル値）を記憶することだけでなく、メタデータ（例えば、タイムスタンプ、日付、電極情報など）を追加すること、通信プロトコル情報を追加すること、および記憶されたデジタル化神経信号のデータ送信を制御することなどであるがこれらに限定されない、複数の他のアクションを提供することも含み得る。
【００４８】
ここで図４を参照すると、１つの例示的実施形態によれば、スキャンおよび記録プロセスは、読み取り専用モード（連続的なルーティングおよび記録）である、電極のあるグループを含むように条件付きで再構成され得るが、電極の他のグループは、図３に関連して説明されたスキャン・モードおよび読み取りモードの構成で動作するように割り当てられる。追加的に、条件付き再構成は、どのグループの電極が読み取り専用モード（連続的にルーティングおよび記録する）であるか、ならびにどのグループの電極がスキャン・モードおよび後続の読み取りモードの構成で動作するように割り当てられるべきかをユーザが判断し得る、手動の再構成プロセスの方を選んでオーバライドされ得る。
【００４９】
３１６において、１つまたは複数の神経スパイク信号がそれぞれ検出されたＳ個のグループが、所定の閾値ｘ未満に入るかどうかが判断される。例えば、それぞれ８個の電極（例えば、Ｃ＝８）を有する６４個のグループ（例えば、Ｍ＝６４）の中から、所定の閾値ｘ’が、「３」の値を含むように設定され得る。それに応じて、「３」より少ない数のグループ（例えば、Ｓ＝２）が、神経スパイク信号活動の存在を示す場合、３１８の再構成プロセスが発生する。
【００５０】
したがって、３１８において、チャネル割り当ては、Ｃ個の入力チャネル（または電極）のＭ個のグループを、スキャン・モードの動作のためのＪ個のグループと読み取りモードの動作のためのＫ個のグループとに分割する（即ち、Ｍ＝Ｋ＋Ｊ）ことによって再構成される。例えば、Ｍ＝６４のうちのＳ＝３（即ち、Ｓ＜ｘ’＝３）個のグループが神経スパイク信号活動を示しているという判断に基づいて、Ｋ＝２個のグループは、読み取りモードにおいて動作するように指定され得る。それによって、それらの入力電極（２グループ×８電極＝合計１６個の電極）は、スイッチ２１６を通って神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）のそれぞれ１つおよびＤＳＰ２１８にそれぞれ連続的にルーティングされる。ここで、連続的にルーティングされるとは、記録のためにルーティングされる前に、神経スパイク信号の検出のためにグループがスキャンされることなくＫ個のグループが記録されることを意味する。このようにして、残りのＪ個のグループ（Ｊ＝Ｍ−Ｋ＝６４−２＝６２）は、スキャン・モードで動作される。それによって、これらのＪ個のグループは、神経スパイク信号の存在を検出するために、合成回路（例えば、図２：２０２ａ〜２０２ｍ）および神経信号検出回路（例えば、図２：２１０ａ〜２１０ｍ）を用いて評価される。この構成では、脳の限られた領域、およびしたがって限られた数のグループが神経活動を示している場合、スキャンおよびその後の信号の読み取りの遅延なしに、これらの特定のグループを絶えず記録することを維持することが望ましい場合がある。
【００５１】
３２０において、プロセス３１８の条件付きチャネル割り当ては、Ｃ個の入力チャネル（または電極）のＭ個のグループを、スキャン・モードの動作のためのＪ個のグループと読み取りモードの動作のためのＫ個のグループとに分割する（即ち、Ｍ＝Ｋ＋Ｊ）ことによって、任意でオーバライドされ得る。例えば、Ｋ＝３個のグループは、読み取りモードにおいて動作するようにユーザ指定されてもよく、それによって、それらの入力電極（３グループ×８電極＝合計２４個の電極）は、スイッチ２１６を通って神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）のそれぞれ１つおよびＤＳＰ２１８にそれぞれ連続的にルーティングされる。このようにして、残りのＪ個のグループ（Ｊ＝Ｍ−Ｋ＝６４−３＝６１）は、スキャン・モードで動作される。それによって、これらのＪ個のグループは、神経スパイク信号の存在を検出するために、合成回路（例えば、図２：２０２ａ〜２０２ｍ）および神経信号検出回路（例えば、図２：２１０ａ〜２１０ｍ）を用いて評価される。しかしながら、このオーバライド構成では、脳の限られた領域、およびしたがって限られた数のグループが神経活動を示している場合、スキャンおよびその後の神経スパイク信号の読み取りの遅延なしに、ユーザ選択されたグループを絶えず記録することが採用され得る。３１８の条件付きプロセスが、ＪおよびＫ個のグループの所定の割り当てを行うため、プロセス３２０は、神経活動のさらなる観測に基づいて、ユーザがＪおよびＫ個のグループの指定を変更することを可能にする。
【００５２】
一方、３１６において、１つまたは複数の神経スパイク信号がそれぞれ検出されたＳ個のグループが、所定の閾値ｘ’を超えると判断される場合、プロセスは、３２２に移る。それに応じて、３２２において、１つまたは複数の神経スパイク信号がそれぞれ検出されたＳ個のグループが、より高い別の所定の閾値ｘ”を超えるかどうかが判断される。例えば、それぞれ８個の電極（例えば、Ｃ＝８）を有する６４個のグループ（例えば、Ｍ＝６４）の中から、所定の閾値ｘ”が、「５」の値を含むように設定され得る。それに応じて、「５」より多くのグループ（例えば、Ｓ＝６）が、神経スパイク信号活動の存在を示す場合、３２４の再構成プロセスが発生する。
【００５３】
したがって、３２４において、チャネル割り当ては、Ｃ個の入力チャネル（または電極）のＭ個のグループを、スキャン・モードの動作のためのＪ’個のグループと読み取りモードの動作のためのＫ’個のグループとに分割する（即ち、Ｍ＝Ｋ’＋Ｊ’）ことによって再構成される。例えば、Ｍ＝６４のうちのＳ＝６（即ち、Ｓ＞ｘ”＝５）個のグループが神経スパイク信号活動を示しているという判断に基づいて、Ｋ’＝５個のグループは、読み取りモードで動作するように指定され得る。それによって、それらの入力電極（５グループ×８電極＝合計４０個の電極）は、スイッチ２１６を通って神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）のそれぞれ１つおよびＤＳＰ２１８にそれぞれ連続的にルーティングされる。ここで、連続的にルーティングされるとは、記録のためにルーティングされる前に、神経スパイク信号の検出のためにグループがスキャンされることなく、Ｋ’個のグループが記録されることを意味する。このようにして、残りのＪ’個のグループ（Ｊ’＝Ｍ−Ｋ’＝６４−５＝５９）は、スキャン・モードで動作される。それによって、これらのＪ’個のグループは、神経スパイク信号の存在を検出するために、合成回路（例えば、図２：２０２ａ〜２０２ｍ）および神経信号検出回路（例えば、図２：２１０ａ〜２１０ｍ）を用いて評価される。この構成では、脳の拡張された領域、およびしたがってより大きい数のグループが神経活動を示している場合、スキャンおよびその後の信号の読み取りの遅延なしに、これらの特定のグループを絶えず記録することを維持することが望ましい場合がある。
【００５４】
３２６において、プロセス３１８の条件付きチャネル割り当ては、Ｃ個の入力チャネル（または電極）のＭ個のグループを、スキャン・モードの動作のためのＪ’個のグループと読み取りモードの動作のためのＫ個のグループとに分割する（即ち、Ｍ＝Ｋ’＋Ｊ’）ことによって、任意でオーバライドされ得る。例えば、Ｋ’＝６個のグループは、読み取りモードで動作するようにユーザ指定されてもよく、それによって、それらの入力電極（６グループ×８電極＝合計４８個の電極）は、スイッチ２１６を通って神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）のそれぞれ１つおよびＤＳＰ２１８にそれぞれ連続的にルーティングされる。このようにして、残りのＪ個のグループ（Ｊ’＝Ｍ−Ｋ’＝６４−６＝５８）は、スキャン・モードで動作され、それによって、これらのＪ’個のグループは、神経スパイク信号の存在を検出するために、合成回路（例えば、図２：２０２ａ〜２０２ｍ）および神経信号検出回路（例えば、図２：２１０ａ〜２１０ｍ）を用いて評価される。しかしながら、このオーバライド構成では、脳の拡張された領域、およびしたがってより大きい数のグループが神経活動を示している場合、スキャンおよびその後の神経スパイク信号の読み取りの遅延なしに、ユーザ選択されたグループを絶えず記録することが採用され得る。３２４の条件付きプロセスが、Ｊ’およびＫ’個のグループの所定の割り当てを行うため、プロセス３２６は、神経活動のさらなる観測に基づいて、ユーザがＪ’およびＫ’個のグループの指定を変更することを可能にする。
【００５５】
図４に示される実施形態において、神経活動条件が、プロセス３１６と３２２の間、即ちＳの範囲がｘ’≦Ｓ≦ｘ”であると判断される場合、動作は、図３の動作に続く（ラベルＢ参照）。このようにして、上記の例によれば、神経活動条件がＳ＝３、４、または５、ｘ’＝３かつｘ”＝５を示す場合、ｘ’≦Ｓ≦ｘ”は満たされ、読み取りモードおよびスキャン・モードのグループへのＭ個のグループの分割は実行されない。よって、ラベルＢによって示されるように、動作は、図３の動作へ戻る。本質的に、プロセス３１６の例示的な閾値は、神経活動の比較的小さな領域を連続的に取り込むためであり、逆に、プロセス３２２の閾値は、神経活動の比較的大きな領域を連続的に取り込むためである。したがって、図３に関して説明されるように、これらの閾値限界の間で、動作は、スキャン・モードの結果に応じた読み取りモードが後に続くスキャン・モードによって管理される。
【００５６】
図５は、図４に示される閾値条件３１６を満たすことに基づいて電極グループＪおよびＫが指定されると、電極上の神経信号活動を同時にスキャンし読み取るための実施形態を提供する、プロセス・ステップを示す。よって、プロセス３３０〜３３８は、グループＪの電極のための動作のスキャン・モードに対応し、プロセス３４０〜３４２は、グループＪのスキャン中にグループＫの電極を同時に読み取ることに関連する。
【００５７】
３３０において、Ｊ個のグループのそれぞれのグループ内で、Ｊ個のグループのそれぞれについての合成された信号出力（Ｐ’）が、各チャネル（Ｃ）をフィルタリングすること、およびフィルタリングされたチャネルのそれぞれの出力信号を合成することによって生成される。例えば、グループ４〜グループ６４に適用されるＪ＝６１個のグループについて、「６１」個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍ（図２）は、合成された出力Ｏ／Ｐ４〜Ｏ／Ｐｍ（図２）をそれぞれ生成する。
【００５８】
３３２において、Ｊ個のグループのそれぞれのグループの合成された信号出力（Ｐ’）が、Ｊ個のグループのそれぞれに関連付けられた神経スパイク信号の存在を判断するためにスキャンされる。例えば、Ｊ＝６１個のグループから合成された出力Ｏ／Ｐ４〜Ｏ／Ｐｍ（図２）は、出力Ｏ／Ｐ４〜Ｏ／Ｐｍ（図２）のそれぞれの上の１つまたは複数の神経スパイク信号の存在を判断するために、「６１」個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）を用いてスキャンされる。
【００５９】
３３４において、少なくとも１つの神経スパイク信号が、例えば、出力Ｏ／Ｐ４〜Ｏ／Ｐｍ（図２）のスキャン（３３２）中に検出されるかどうかが判断される。神経スパイク信号が検出されない場合、プロセスは３３０に戻る。一方、少なくとも１つの神経スパイク信号が、Ｊ個のグループのうちのＳ’個から検出される場合、３３６において、スキャン中に１つまたは複数の神経スパイク信号の存在が検出されたＳ’個のグループに対応するチャネル（Ｃ）のそれぞれからの神経スパイク信号が、前処理される（例えば、フィルタリングおよび増幅される）。例えば、Ｊ＝６１個のグループのうちのＳ’＝３個（例えば、グループ４〜グループ６）が、出力Ｏ／Ｐ４〜Ｏ／Ｐ６（図２）からの１つまたは複数の神経スパイク信号の存在を示す場合、これらのＳ’個のグループ（例えば、グループ４〜グループ６）に対応するチャネル（例えば、１．．．Ｃ＝８）のそれぞれからの神経スパイク信号が、２４個（Ｃ＝８×Ｓ’＝３＝２４）の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）を用いて前処理される（例えば、フィルタリングおよび増幅される）。
【００６０】
３３８において、２４個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）を用いて前処理される（例えば、フィルタリングおよび増幅される）Ｓ’個のグループ（例えば、グループ４〜グループ６）の神経スパイク信号が、次いで、これらの３つの神経信号検出回路内のＡ／Ｄ変換ユニットによってデジタル化される。この変換に続いて、Ｓ’個のグループ（例えば、グループ４〜グループ６）の全てのチャネルから検出されるデジタル化神経スパイク信号を記憶することなどであるがこれに限定されない他の処理が、発生し得る。他の処理に従って、デジタル化神経スパイク信号は、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、または他の無線送信のためにパケット化され得る。
【００６１】
上記のプロセス３３０〜３３８が実行されている間、３４０および３４２において、動作の読み取りモードが同時に発生する。より具体的には、３４０において、Ｋ個のグループのそれぞれに対応する全てのチャネル（例えば、１．．．Ｃ＝８）が、前処理される（例えば、フィルタリングおよび増幅される）。例えば、Ｍ＝６４個のグループのうちＫ＝３（グループ１〜グループ３）の場合、Ｋ個のグループ（グループ１〜グループ３）のそれぞれに対応する全てのチャネル（Ｃ）が、神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）の別の２４個（Ｃ＝８×Ｋ＝３＝２４）を用いて前処理される（例えば、フィルタリングおよび増幅される）。
【００６２】
３４２において、前処理（３４０）に続いて、Ｋ個のグループ（グループ１〜グループ３）のそれぞれに対応する全てのチャネル（Ｃ）は、次いで、プロセス３４０において利用される２４個（Ｃ＝８×Ｋ＝３＝２４）の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）内のＡ／Ｄ変換ユニットによってデジタル化される。このデジタル変換プロセスに続いて、Ｋ個のグループ（例えば、グループ１〜グループ３）の全てのチャネルから検出されるデジタル化神経スパイク信号を記憶することなどであるがこれに限定されない他の処理が、発生し得る。他の処理に従って、デジタル化神経スパイク信号は、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、または他の無線タイプの送信のためにパケット化され得る。
【００６３】
図６は、電極グループＪ’およびＫ’が、図４に示される閾値条件３２２を満たすことに基づいて指定されると、電極上の神経信号活動を同時にスキャンし読み取るための実施形態を提供する、プロセス・ステップを示す。よって、プロセス３４６〜３５４は、グループＪ’の電極のための動作のスキャン・モードに対応し、プロセス３５６〜３５８は、グループＪ’のスキャン中にグループＫ’の電極を同時に読み取ることに関連する。
【００６４】
３４６において、Ｊ’個のグループのそれぞれのグループ内で、Ｊ’個のグループのそれぞれについての合成された信号出力（Ｐ”）が、各チャネル（Ｃ）をフィルタリングすること、およびフィルタリングされたチャネルのそれぞれの出力信号を合成することによって生成される。例えば、グループ７〜グループ６４に適用されるＪ’＝５８個のグループについて、「５８」個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍ（図２）は、合成された出力Ｏ／Ｐ７〜Ｏ／Ｐｍ（図２）をそれぞれ生成する。
【００６５】
３４８において、Ｊ個のグループのそれぞれのグループの合成された信号出力（Ｐ”）が、Ｊ個のグループのそれぞれに関連付けられた神経スパイク信号の存在を判断するためにスキャンされる。例えば、Ｊ’＝５８個のグループから合成された出力Ｏ／Ｐ７〜Ｏ／Ｐｍ（図２）は、出力Ｏ／Ｐ７〜Ｏ／Ｐｍ（図２）のそれぞれの上の１つまたは複数の神経スパイク信号の存在を判断するために、「５８」個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）を用いてスキャンされる。
【００６６】
３５０において、少なくとも１つの神経スパイク信号が、例えば、出力Ｏ／Ｐ７〜Ｏ／Ｐｍ（図２）のスキャン（３３２）中に検出されるかどうかが判断される。神経スパイク信号が検出されない場合、プロセスは３４６に戻る。一方、少なくとも１つの神経スパイク信号が、Ｊ’個のグループのうちのＳ”個から検出される場合、３５２において、スキャン中に１つまたは複数の神経スパイク信号の存在が検出されたＳ”個のグループに対応するチャネル（Ｃ）のそれぞれからの神経スパイク信号が、前処理される（例えば、フィルタリングおよび増幅される）。例えば、Ｊ’＝５８個のグループのうちのＳ”＝２個（例えば、グループ７〜グループ８）が、出力Ｏ／Ｐ７〜Ｏ／Ｐ８（図２）からの１つまたは複数の神経スパイク信号の存在を示す場合、これらのＳ”個のグループ（例えば、グループ７〜グループ８）に対応するチャネル（例えば、１．．．Ｃ＝８）のそれぞれからの神経スパイク信号が、１６個（Ｃ＝８×Ｓ”＝２＝１６）の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）を用いて前処理される（例えば、フィルタリングおよび増幅される）。
【００６７】
３５２において、１６個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）を用いて前処理される（例えば、フィルタリングおよび増幅される）Ｓ”個のグループ（例えば、グループ７〜グループ８）の神経スパイク信号が、次いで、これらの３つの神経信号検出回路内のＡ／Ｄ変換ユニットによってデジタル化される。この変換に続いて、Ｓ”個のグループ（例えば、グループ７〜グループ８）の全てのチャネルから検出されるデジタル化神経スパイク信号を記憶することなどであるがこれに限定されない他の処理が、発生し得る。他の処理に従って、デジタル化神経スパイク信号は、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、または他の無線送信のためにパケット化され得る。
【００６８】
上記のプロセス３４６〜３５４が実行されている間、３５６および３５８において、動作の読み取りモードが同時に発生する。より具体的には、３５６において、Ｋ’個のグループのそれぞれに対応する全てのチャネル（例えば、１．．．Ｃ＝８）が、前処理される（例えば、フィルタリングおよび増幅される）。例えば、Ｍ＝６４個のグループのうちＫ’＝６（グループ１〜グループ６）の場合、Ｋ’個のグループ（グループ１〜グループ６）のそれぞれに対応する全てのチャネル（Ｃ）が、神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）の別の４０個（Ｃ＝８×Ｋ’＝６＝４８）を用いて前処理される（例えば、フィルタリングおよび増幅される）。
【００６９】
３５８において、前処理（３５６）に続いて、Ｋ’個のグループ（グループ１〜グループ６）のそれぞれに対応する全てのチャネル（Ｃ）が、次いで、プロセス３５６において利用される４０個（Ｃ＝８×Ｋ’＝６＝４８）の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍ（図２）内のＡ／Ｄ変換ユニットによってデジタル化される。このデジタル変換プロセスに続いて、Ｋ’個のグループ（例えば、グループ１〜グループ６）の全てのチャネルから検出されるデジタル化神経スパイク信号を記憶することなどであるがこれに限定されない他の処理が、発生し得る。他の処理に従って、デジタル化神経スパイク信号は、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、または他の無線タイプの送信のためにパケット化され得る。
【００７０】
上記の例示的実施形態において、同時に行われる読み取りモード動作およびスキャン・モード動作（例えば、図５、図６）についてのグループの割り当ては、検出された神経スパイク信号活動に基づいて構成され得る。しかしながら、他の実施形態において、同時に行われる読み取りモード動作およびスキャン・モード動作についてのグループの割り当ては、どのグループが、およびしたがって脳のどの領域が、神経スパイク信号活動を示しているかに応じ得る。
【００７１】
図７を参照すると、信号合成回路４００の例示的実施形態が示されている。信号合成回路４００は、図２の神経記録デバイス２００内の複数のＭ個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍのそれぞれを実施するために使用され得る。回路４００は、複数の信号合成回路４０２ａ〜４０２ｍ、スイッチ制御ユニット４１０、および最終段階の電力合成器ユニット４１２を含む。複数の信号合成回路４０２ａ〜４０２ｍは、それぞれ複数の高域フィルタ４０４ａ〜４０４ｃ、スイッチ制御ユニット４０６、および電力合成器ユニット４０８を含み得る。
【００７２】
神経信号がＮ個の電極１１０（図１）によって検出されるとき、神経信号が、複数の入力４０１によって受信され、それによって複数の入力４０１からの各入力が、それぞれの信号合成回路４０２ａ〜４０２ｍ内の高域フィルタに直列に連結される。例えば、信号合成回路４０２ａの中で、入力１〜Ｃは、それぞれ高域フィルタ４０４ａ〜４０４ｃと直列に連結される。同様に、他の信号合成回路４０２ｂ〜４０２ｍのそれぞれの中で、入力１〜Ｃは、それぞれそれらの信号合成回路４０２ｂ〜４０２ｍ内の高域フィルタと直列に連結される。
【００７３】
信号合成回路４０２ａ〜４０２ｍに関連付けられた各高域フィルタは、高周波信号（即ち、神経スパイク）を出力するように構成され、高周波信号は、次いでそれらのそれぞれのスイッチ制御ユニットに渡され得る。例えば、信号合成回路４０２ａの中で、高域フィルタ４０４ａ〜４０４ｃを通過する高周波信号（即ち、神経スパイク）は、次いでスイッチ制御ユニット４０６に渡され得る。神経スパイク信号が、スイッチ制御ユニット４０６によって受信されるとき、神経スパイク信号は、次いで、スイッチ制御ユニット４０６内の対応するスイッチが、閉回路位置に作動される（即ち、有効化される）ときに電力合成器ユニット４０８上に渡され得る。
【００７４】
他の信号合成回路４０２ｂ〜４０２ｍに関連付けられた高域フィルタ、スイッチ制御ユニット、および電力合成器ユニットは、信号合成回路４０２ａと同一であり、したがって同じやり方で動作する。それに応じて、各信号合成回路４０２ａ〜４０２ｍの中で、入力またはチャネル１〜Ｃから受信したフィルタリング済み神経スパイク信号が、それぞれの電力合成器ユニットによって合成され、スイッチ制御ユニット４１０に出力される。スイッチ制御ユニット４１０は、次いで、信号合成回路４０２ａ〜４０２ｍのそれぞれから出力される、１つまたは複数の合成された神経スパイク信号を受信する。その後、スイッチ制御ユニット４１０は、合成された神経スパイク信号の電力合成器４１２への送信を制御し、それによって、スイッチ制御ユニット４１０の制御下で、任意の１つまたは複数の信号合成回路４０２ａ〜４０２ｍの出力が、電力合成器４１２の出力Ｏ／ＰＴにおいてさらに合成され得る。
【００７５】
より具体的には、信号合成回路４０２ａからの合成された出力Ｏ／ＰＧ１が、スイッチ制御ユニット４１０の制御下で電力合成器４１２へ送信され、信号合成回路４０２ｂからの合成された出力Ｏ／ＰＧ２が、スイッチ制御ユニット４１０の制御下で電力合成器４１２へ送信され、信号合成回路４０２ｃからの合成された出力Ｏ／ＰＧ３が、スイッチ制御ユニット４１０の制御下で電力合成器４１２へ送信され、信号合成回路４０２ｄからの合成された出力Ｏ／ＰＧ４が、スイッチ制御ユニット４１０の制御下で電力合成器４１２へ送信され得る、など、最後に信号合成回路４０２ｍからの合成された出力Ｏ／ＰＧＹが、スイッチ制御ユニット４１０の制御下で電力合成器４１２へ送信され得るまで、同様である。したがって、これらの出力Ｏ／ＰＧ１〜Ｏ／ＰＧＹの任意の組み合わせが、最終段階の電力合成器４１２の出力Ｏ／ＰＴにおいて最終段階のスイッチ制御ユニット４１０を用いて合成され得る。このようにして、ＤＳＰ２１８（図２）は、出力Ｏ／ＰＧ１〜Ｏ／ＰＧＹの任意の組み合わせの所定の合成を可能にする構成信号を生成し得る。
【００７６】
これに応じて、脳皮質の所与の領域内の神経スパイク信号のスキャンは、合成されるそれぞれの信号合成回路４０２ａ〜４０２ｍからの出力の数を構成することによって、多少粗くなるように調整され得る。例えば、１つの実施において、信号合成回路４００は、信号合成回路２０２ａ（図２）または図２の神経記録デバイス２００の他の信号合成回路２０２ｂ〜２０２ｍ（図２）のうちの他のいずれか１つもしくは複数の中に組み込まれ得る。このようにして、第１の例としての構成によれば、スイッチ制御ユニット４１０は、信号合成回路４０２ａの出力Ｏ／ＰＧ１が、電力合成器４１２に送信され、よって回路４００の出力Ｏ／ＰＴを提供することのみを可能にするようにプログラミングされ得る。所与の例において、電力合成器４１２によって受信される出力が、信号合成回路４０２ａからの出力Ｏ／ＰＧ１だけであるため、電力合成器４１２は、その出力Ｏ／ＰＴにおいて合成する他の信号を有しない。よって、第１の構成は、回路４００の複数の信号合成回路４０２ａ〜４０２ｍのうちの１つから単一の出力（即ち、Ｏ／ＰＧ１〜Ｏ／ＰＧＹのうちの１つ）を生成するために利用され得る。このやり方で構成されると、回路４００は、図２の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍの動作を容易にし、それによって、例えば、信号合成回路４０２ａが、皮質１１０（図１）の領域ｒ１（図１）内で神経スパイク信号活動をスキャンするために使用される。
【００７７】
代替的には、第２の例としての構成によれば、スイッチ制御ユニット４１０は、信号合成回路４０２ａの出力Ｏ／ＰＧ１および信号合成回路４０２ｂの出力Ｏ／ＰＧ２の両方が、回路４００の出力Ｏ／ＰＴを生成するために電力合成器４１２に送信されることを可能にするようにプログラミングされ得る。ここで、出力Ｏ／ＰＧ１およびＯ／ＰＧ２は、回路４００の合成された出力Ｏ／ＰＴを形成するために、電力合成器４１２によって受信され、合成される。このやり方で構成されると、回路４００は、図２の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍの代替的動作を容易にし、それによって、例えば信号合成回路４０２ａおよび４０２ｂが、皮質１１０（図１）のより大きな領域ｒ’１（図１）内で神経スパイク信号活動をスキャンするために使用される。よって、単一の信号合成回路４０２ａは、皮質の増加した領域上で神経スパイク信号活動をスキャンするために使用され得る。この構成は、皮質の所与の領域上で神経スパイク信号活動が減少するシナリオにおいて利用されてもよく、したがって、信号処理効率は、電極のより大きなグループをモニタリングすることによって容易にされる。図７を用いて、図２の実施形態の中で、Ｍ個の出力（図２）のうちのいくつかの出力が、Ｎ個の入力のより多くの組み合わせを含み、Ｍ個の出力のうちの他の出力が、より少ないＮ個の入力の集約を含む。例えば、この第２の例としての構成において、信号合成回路２０２ａは、回路４００を使用してもよく、それによって、信号合成回路４０２ａおよび４０２ｂは、２Ｃ個（例えば、２Ｃ＝２＊８＝１６個の電極）の電極を合成し、残りの信号合成回路２０２ｂ〜２０２ｍは、より少ない数のＣ／Ｆ個の電極（例えば、Ｃ／Ｆ＝８／２＝４個の電極）を集約し得る。
【００７８】
より大きなグループ構成が、減少した数の神経信号検出回路の使用を可能にし、したがって、未使用の神経信号検出回路をオフにすることによって促進される電力消費の節約に寄与する。回路４００が神経記録デバイス２００（図２）において使用される上記の例としての実施において、信号合成回路４０２ａおよび４０２ｂが皮質１１０（図１）のより大きな領域ｒ’１（図１）上で神経スパイク信号活動をスキャンするために使用されることによって、神経信号検出回路２１０ａなどの単一の神経信号検出回路が利用され得る。その結果、神経信号検出回路２１０ｂは、オフに切り替えられ得る。
【００７９】
図８を参照すると、信号合成回路５００の例示的実施形態が図示されている。信号合成回路５００は、図２の神経記録デバイス２００内の複数のＭ個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍのそれぞれを実施するために使用され得る。さらに、信号合成回路５００の例示的実施形態が、信号合成回路４００（図７）内の信号合成回路４０２ａ〜４０２ｍ（図７）のそれぞれを実施するために使用され得る。回路５００は、複数のコンデンサ５０２ａ〜５０２ｃ、入力スイッチ５０４ａ〜５０４ｃ、抵抗ユニット５１０、および出力スイッチ５０６を含み得る。図示されるように、コンデンサ５０２ａ〜５０２ｃは、それぞれ入力スイッチ５０４ａ〜５０４ｃと直列である。特に、コンデンサ５０２ａは、スイッチ５０４ａと直列に連結され、コンデンサ５０２ｂは、スイッチ５０４ｂと直列に連結されるなど、最後にコンデンサ５０２ｃがスイッチ５０４ｃと直列に連結されるまで、同様である。スイッチ５０４ａ〜５０４ｃのそれぞれの出力が、Ａにおいて示されるように、スイッチ５０６および抵抗ユニット５１０の両方に電気的に連結される。抵抗ユニット５１０がスイッチ５０４ａ〜５０４ｃの出力に連結されることに加えて、抵抗ユニット５１０はまた、Ｂにおいて示されるように接地される。出力スイッチ５０６の１つの端は、スイッチ５０４ａ〜５０４ｃおよび抵抗ユニット５１０の両方に連結され、出力スイッチ５０６の他の端は、チャネル合成器回路５００の出力５１２を形成する。図示されるように、出力スイッチ５０６およびスイッチ５０４ａ〜５０４ｃは、ａによって示されるように、入力５０８から受信されるスキャン有効化信号によって制御される（例えば、有効化／無効化される）。
【００８０】
スキャン有効化信号が、入力５０８において受信されるとき、閉回路へのスイッチ５０４ａ〜５０４ｃ、５０６の作動時に、直列コンデンサ５０２ａ〜５０２ｃのそれぞれおよび抵抗ユニット５１０の組み合わせが、入力５０１から受信される信号それぞれのための高域フィルタを形成する。
【００８１】
これに応じて、高周波信号（即ち、神経スパイク）のみが、直列コンデンサ５０２ａ〜５０２ｃのそれぞれおよび抵抗ユニット５１０を通過する。例えば、入力５０１ａにおいて受信される神経スパイク信号ＮＳＳは、コンデンサ５０２ａおよび抵抗ユニット５１０によって形成される高域フィルタを通過し、このフィルタの周波数帯域外の他の信号は減衰される。神経スパイク信号は、数１００Ｈｚから数ｋＨｚにわたって変動するため、抵抗ユニット５１０は、必要なフィルタリングを実現するために大きな抵抗値（例えば、数１００メガオーム以上）を必要とし得ることが理解され得る。抵抗ユニット５１０は、よって、例えば、受動抵抗コンポーネントを製作するために比較される、チップ領域単位でより高い抵抗を生成することが可能なトランジスタベースの疑似抵抗を用いて実施され得る。
【００８２】
信号は、入力５０１から受信される神経スパイク信号に基づいて、抵抗ユニット５１０によって生成される異なる電圧に基づいて生成される。これに応じて、神経スパイク信号が、より多くの入力により受信されるにつれて、抵抗ユニット５１０によってＡにおける電圧の増加が発生する。例えば、神経スパイク信号が入力５０１ａにおいて受信される場合、電圧Ｖ１が生成される。一方、神経スパイク信号が、入力５０１ａ、５０１ｂ、および５０１ｃにおいて受信される場合、これらの集約神経スパイク信号からの増加した電流が、電圧Ｖ２を生成し、Ｖ２＞Ｖ１である。よって、異なる電圧レベルが、入力５０１から受信される合成された神経スパイク信号の関数として生成される。
【００８３】
図９は、別の例示的実施形態による、神経性脳活動をモニタリングする図１のシステムに関連付けられた別の神経記録システム６００を示す。神経記録システム６００の多様なコンポーネントが、図２の神経記録システム２００と同一であり、かつ同一または類似のやり方で動作する。しかしながら、図２の実施形態とは対照的に、２個（２）の信号合成回路６０２ａ〜６０２ｂが、２個（２）の神経信号検出回路６１０ａ〜６１０ｂに連結され、複数の他の（３．．．Ｃ）神経信号検出回路６１０ｃ〜６１０ｍは、スキャン・モード動作において利用されることなく、スイッチ・マトリクス６１６の出力に直接連結される。
【００８４】
神経記録デバイス６００は、対象者の脳（例えば、図１：皮質領域１２０）に関連付けられた神経スパイク信号を検出および記録する、スキャン・モード回路および読み取りモード回路の両方を含む。スキャン・モード回路および読み出しモード回路は、スキャン・モード動作および読み取りモード動作を提供する別々のデバイスまたは回路を用いることを考慮し得る。しかしながら、代替的には、スキャン・モード回路および読み出しモード回路は、スキャン・モード動作および読み取りモード動作中に共通の／共有のデバイスまたは回路を用いることを考慮してもよい。
【００８５】
スキャン・モード回路は、脳に連結された合計Ｎ個の電極から選択される、電極の２個（２）のグループのいずれかの中で神経スパイク活動を検出する。これに応じて、脳に連結された合計Ｎ個の電極は、２個（２）の対称グループに分割され、それによって、Ｎ＝２Ｃであるように、２個（２）のグループのそれぞれが、検出のためにＣ個の電極を有する。代替的には、脳に連結された合計Ｎ個の電極が、２個（２）の非対称グループに分割され、２個（２）のグループのそれぞれが、Ｎ＝Ｄ＋Ｅであるように、検出のために異なる電極数（例えば、グループ１＝Ｄ個の電極、グループ２＝Ｅ個の電極）を有する。
【００８６】
スキャン・モード回路は、脳に連結された合計Ｎ個の電極から取られる電極の対応するグループ内で発生する、１つまたは複数の神経スパイク信号の発生をそれぞれが検出する、信号合成回路６０２ａ〜６０２ｂを含む。例えば、信号合成回路６０２ａが、１〜Ｃ個の電極の第１のグループ（即ち、グループ１）内で発生する１つまたは複数の神経スパイク信号の発生を検出し、信号合成回路６０２ｂが、他の１〜Ｃ個の電極の第２のグループ（即ち、グループ２）内で発生する１つまたは複数の神経スパイク信号の発生を検出する。
【００８７】
信号合成回路６０２ａ〜６０２ｂのそれぞれが、それぞれの入力電極１〜Ｃから受信される信号を集約する。例えば、信号合成回路６０２ａは、高域フィルタ６０４ａ〜６０４ｃ、スイッチ制御ユニット６０６、および電力合成器６０８を含む。これに応じて、入力電極１〜Ｃから受信される信号は、他の不必要なスプリアス信号をフィルタリングしつつ、高周波の神経スパイク信号を通過させるためにそれぞれフィルタリングされる。高域フィルタ６０４ａ〜６０４ｃからのフィルタリングされた出力は、スイッチ制御ユニット６０６に連結され、スイッチ制御ユニット６０６は、電力合成器６０８へのフィルタリングされた出力の送信を可能にし、または抑制する。電力合成器６０８は、次いで、高域フィルタ６０４ａ〜６０４ｃから受信される神経スパイク信号のいずれかを単一の出力Ｏ／Ｐ１へ連結し得る。電力合成器６０８の出力Ｏ／Ｐ１は、よって、単一の神経スパイク信号（例えば、電極１のみから受信される神経スパイク）のみが受信されるか、少数の神経スパイク信号（例えば、電極１、３および６から受信される神経スパイク）が受信されるか、または全ての神経スパイク信号（例えば、電極１〜Ｃから受信される神経スパイク）が受信されるかにかかわらず、１〜Ｃ個の電極のグループ内の任意の神経スパイク活動の集約を可能にする。信号合成回路６０２ｂは、また、上述した信号合成回路６０２ａのものと同一または類似の高域フィルタ、スイッチ制御ユニット、および電力合成器を含み得る。
【００８８】
代替の非限定的な実施によれば、信号合成回路６０２ａ〜６０２ｂは、それぞれ異なる数の入力電極を受信し得る。例えば、合成回路６０２ａが、入力電極１〜Ｃ（例えば、電極１〜３２）を受信し、合成回路６０２ｂが、入力電極１〜Ｃ’（例えば、電極１〜６４）を受信し得る。入力電極（即ち、１〜Ｎ）のこの非対称的なマッピングにおいて、より多くの電極（例えば、電極１〜６４）が、神経性信号活動があまり期待されない皮質の所与の領域Ａｒについての合成回路に割り当てられ得る。逆に、より少ない電極（例えば、電極１〜３２）が、神経性信号活動がより多く期待される皮質の同じ所与の領域Ａｒについての合成回路に割り当てられてもよい。このように、合成回路への電極の割り当ては、神経信号検出粒度の要件に基づいて判断され得る。
【００８９】
スキャン・モード回路もまた、複数のＭ個の神経信号検出回路６１０ａ〜６１０ｍを含んでもよく、そのいくつか（即ち、６１０ａ〜６１０ｂ）が、信号合成回路（即ち、６０２ａ〜６０２ｂ）のそれぞれ１つにそれぞれ連結され、その他（即ち、６１０ｃ〜６１０ｍ）が、読み取りモード動作のためのスイッチ・マトリクスに直接連結される。
【００９０】
例えば、この実施形態は、電極の２つのグループ（例えば、グループ１およびグループ２）から神経信号活動を検出するため、神経信号検出回路６１０ａは、信号合成回路６０２ａに連結され、神経信号検出回路６１０ｂは、信号合成回路６０２ｂに連結される。よって、神経信号検出回路６１０ａは、信号合成回路６０２ａからの任意の神経スパイク信号出力の発生を検出し、神経信号検出回路６１０ｂは、信号合成回路６０２ｂからの任意の神経スパイク信号出力の発生を検出する。
【００９１】
複数の神経信号検出回路６１０ａ〜６１０ｍのそれぞれが、フィルタリングおよび信号増幅回路６１２、ならびにフィルタリングおよび信号増幅回路６１２に連結されたアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路６１４を含み得る。フィルタリングおよび信号増幅回路６１２は、他の不必要なスプリアス信号（例えば、ノイズ）を抑制しつつ、神経スパイク信号の存在に対応する周波数成分の範囲を通過させるように構成されるバンドパス・フィルタを含み得る。バンドパス・フィルタによって通過された任意の神経スパイク信号は、次いで、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路６１４に連結され、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路６１４によって受信される前に、増幅回路によって増幅される。アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路６１４において、任意のフィルタリングおよび増幅された神経スパイク信号が、デジタル化神経スパイク信号に変換される。したがって、検出された神経スパイク信号は、神経記録デバイス６００の読み取り／スキャン・モード動作を容易にするために、デジタル形式に変換される。その結果、読み取りモードの間、２個（２）のグループのいずれか１つに関連付けられた１〜Ｃ個の電極の全ての上に存在する１つまたは複数の神経スパイク信号は、以下の段落でより詳細に説明されるように、さらなる神経に関連した分析のために記録される。
【００９２】
いくつかの実施形態において、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路６１４は、デジタル閾値比較ケイパビリティの使用を考慮してもよく、それによって、不必要な信号成分ではなくその神経スパイクが検出されデジタル化されていることを保証するために、デジタル化信号がデジタル閾値と比較される。他の実施形態において、そのようなデジタル閾値比較ケイパビリティは、神経記録デバイス６００に関連付けられた他の回路／デバイス（例えば、ＤＳＰ６１８）内に組み込まれ得る。
【００９３】
読み取りモード回路は、スキャン・モード回路によって神経スパイク活動が検出された電極の２つのグループ（即ち、グループ１またはグループ２）のうちのいずれか１つの中に存在する全ての神経スパイク信号を記録する。特に、神経スパイク信号が、電極の２個のグループのうちの１つ（例えば、グループ１）の中の電極の少なくとも１つの上で検出されるときに、そのグループ内の電極の全てが、信号登録のためにルーティングされる。したがって、ルーティングおよび信号登録（例えば、デジタル化、フォーマット、記憶など）は、神経信号が検出される２個のグループのうちの１つ（例えば、グループ１）に適用されるが、信号ルーティングおよび登録は、神経信号活動が検出されない２個のグループ内の他のグループ（例えば、グループ２）については中止される。このようにして、Ｎ個の電極（即ち、Ｎ＝２Ｃ）からの神経信号のルーティングおよび登録が、減少した数のＣ個のチャネル（例えば、５０％減少）を用いて達成され得る。
【００９４】
読み取りモード回路は、スイッチ・マトリクス６１６およびデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）６１８を含み得る。読み取りモード回路は、テレメトリおよびデータ記憶ユニット６２０を追加的に含み得る。図示されるように、脳に連結されたＮ個の電極もまた、スイッチ・マトリクス６１６への入力として受信される。しかしながら、Ｎ個の入力から、スイッチ・マトリクス６１６は、複数の神経信号検出回路６１０ａ〜６１０ｍにも連結される減少した数の出力（例えば、１〜Ｃ）を有し、そのいくつか（即ち、６１０ａ〜６１０ｂ）が、スキャン・モード回路に関連付けられる。このようにして、図示される例示的実施形態は、読み取りモード回路およびスキャン・モード回路の両方の一部を形成し得る、第１の回路／デバイス／コンポーネント（即ち、神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｂ）を含み、第２の回路／デバイス／コンポーネント（即ち、神経信号検出回路２１０ｃ〜２１０ｍ）は、読み取りモード回路の一部である。しかしながら、スイッチ・マトリクス６１６の３〜Ｃの出力が、神経信号検出回路６１０ａ〜６１０ｂのものと類似または同一のやり方で動作する神経信号検出回路６１０ｃ〜６１０ｍに連結されることを、理解すべきである。前述の通り、スイッチ・マトリクス２１６の１〜Ｃの出力にルーティングされる任意の神経スパイク信号は、複数の１〜Ｃの神経信号検出回路６１０ａ〜６１０ｍのそれぞれ１つによってフィルタリングされ、増幅され、デジタル化される（即ち、フロント・エンド処理）。
【００９５】
ＤＳＰ６１８は、デジタル信号（例えば、神経信号など）を処理すること、および神経記録デバイス６００の操作性の実行のためのコマンドを生成することが可能な任意の回路を含み得る。特に、ＤＳＰ６１８は、読み取り制御信号６０３を介して、２つのグループのうちのどのグループが神経スイッチ活動を示しているか検出するスキャン回路に基づいて、スイッチ・マトリクス６１６のルーティング動作を開始し得る。さらに、ＤＳＰ６１８は、スキャン制御信号６０１を介して、信号合成回路６０２ａ〜６０２ｂ、およびその結果としてスキャン制御回路の動作をアクティブ化および非アクティブ化し得る。スイッチ・マトリクス６１６のルーティング動作が一旦開始されると、スイッチ出力１〜Ｃにルーティングされる神経信号が、神経信号検出回路６１０ａ〜６１０ｍから検出され、ＤＳＰ６１８に送信される。例えば、神経スパイク活動が、信号合成回路６０２ａ（グループ１）上でのみ検出される場合、合成回路６０２ａに連結された１〜Ｃの電極に関連付けられる信号は、スイッチ・マトリクス６１６の出力１〜Ｃにルーティングされる。数値例を用いると、８個の電極（即ち、Ｃ＝８）が、回路６０２ａに連結されている場合、合成回路２０２ａの入力に対応する８個の電極が、スイッチ６１６の出力の８個の出力にルーティングされる。これらの８個の出力は、次いで、８個の神経信号検出回路によって処理され、それによって、これらの８個の神経信号検出回路からの処理済み出力は、ＤＳＰ６１８によって受信および記録される。
【００９６】
記録プロセスは、スキャン・モードの間に神経スパイク活動を示した信号合成回路のうちの１つに対応する、ルーティングされた１〜Ｃの電極の神経スパイク・デジタル値を記憶することを含み得る。上記例を用いると、記録プロセス中に、ＤＳＰ６１６は、合成回路６０２ａの８個の入力電極上で検出された神経スパイク信号のいずれかに関連付けられたデジタル値を記憶する。ＤＳＰ６１８は、ＤＳＰ６１８上に位置するメモリ内のいずれかに神経スパイク・デジタル値を記憶してもよく、または代替的に、ＤＳＰ６１８は、このデータをデータ記憶およびテレメトリ・ユニット６２０に転送してもよい。記録プロセスは、神経スパイク・デジタル値のそれぞれに関連付けられた追加情報を記憶することも含み得る。例えば、各神経信号の記録時間／日付（例えば、２０１６年３月３１日午前１０：３０）に対応するデータおよび電極番号（例えば、電極＃１００６）は、神経スパイク・デジタル値のそれぞれとともに記憶され得る。
【００９７】
いくつかの実施形態によれば、各神経信号の記録時間／日付（例えば、２０１６年３月３１日午前１０：３０）に対応する記憶されたデータ、電極番号（例えば、電極＃１００６）、およびデジタル値は、ユニット６２０のテレメトリ機能性によって送信され得る。他の実施形態において、ＤＳＰ６１８は、組み込み型送受信機回路を含んでもよく、それによって、各神経信号の記録時間／日付（例えば、２０１６年３月３１日午前１０：３０）に対応する記憶されたデータ、電極番号（例えば、電極＃１００６）、およびデジタル値は、そのような送受信機を用いて送信され得る。さらに別の実施形態によれば、テレメトリ／データ記憶ユニット６２０およびＤＳＰ６１８の送受信機両方が、とりわけ、各神経信号の記録時間／日付（例えば、２０１６年３月３１日午前１０：３０）、電極番号（例えば、電極＃１００６）、およびデジタル値について同時送信手段を提供し得る。そのような実施形態において、神経記録デバイス６００から外部ユニット１０２（図１）へ送信される神経スパイク・データのスループットは、神経性活動のリアルタイム・モニタリングを容易にするように動的に増加し得る。
【００９８】
スキャン・モード回路および読み取りモード回路が、神経記録デバイス６００の例示的実施形態を用いて説明されているが、そのような機能性は、代替的ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせを用いて実施され得ると理解される。例示的な神経記録デバイス６００は、神経記録デバイス２００（図２）と同様、受信された電極が３つ以上のグループとは対照的に２つのグループに分割される、代替的実施形態である。信号合成回路のそれぞれが、３つ以上の入力（例えば、１２８個の電極）を信号記録のために含み得るため、３つ以上の信号検出回路（例えば、１２８個の検出回路）が利用される。このようにして、２個の信号合成回路に連結された２個（２）の検出回路が、信号記録専用の追加の１２６個（１２６）の検出回路とともに使用される。
【００９９】
図１０は、１つの例示的実施形態による、神経記録システムのスキャン・モードおよび読み出しモードのプロセスを制御することに関連するフロー図７００である。フロー図７００の対応するプロセスは、例えば、ＤＳＰ２１８（図２）またはＤＳＰ６１８（図９）などの任意の処理デバイス上で神経信号記録制御（ＮＳＲＣ：Neural Signal Recording Control）プログラムとして実行され得る。図１０は、図２の例示的実施形態を用いて説明される。
【０１００】
７０２において、複数のＭ個の出力信号の受信を可能にするスキャン制御信号が生成され、複数のＭ個の出力信号のそれぞれが、脳に連結された複数のＮ個の電極からそれぞれ受信される複数の入力信号（即ち、信号グループ）の合成に基づく。例えば、ＤＳＰ２１８から出力されるスキャン制御信号２０１は、複数のＭ個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍ（グループ１〜Ｍ）のそれぞれの中のスイッチ制御ユニット２０６を、それらを閉位置に作動させることによって有効にする。機能を有効化するこのスイッチは、複数のＭ個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍ（グループ１〜Ｍ）の出力Ｏ／Ｐ１〜Ｏ／Ｐｍが、スキャン・モード動作のために複数のＭ個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍに連結されることを可能にする。
【０１０１】
７０４において、複数のＭ個の出力信号のデジタル化バージョンが、複数のＭ個の出力信号のうちの１つまたは複数から神経スパイク信号を検出するために受信される。例えば、複数のＭ個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍは、複数のＭ個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍ（グループ１〜Ｍ）のそれぞれの出力Ｏ／Ｐ１〜Ｏ／Ｐｍから受信される、任意の神経スパイク信号を前処理（例えば、増幅およびフィルタリング）し、デジタル化する。
【０１０２】
７０６において、読み取り制御信号は、検出された神経スパイク信号を有する複数のＭ個の出力信号のうちの任意の１つまたは複数に対応する、複数の電極（即ち、信号グループ）の全てから受信される神経スパイク信号の記録を可能にするために生成される。信号記録モードの間、複数の出力信号を受信するスキャン・モードは、スキャン制御信号によって無効化される。例えば、ＤＳＰ２１８から出力される読み取り制御信号２０３は、検出された神経スパイク信号を有する複数のＭ個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍ（グループ１〜Ｍ）のうちの１つまたは複数に関連付けられた入力信号の全てを、スイッチ・マトリクス２１６がルーティングすることを可能にする。この読み取り制御信号２０３に基づいて、例えば、信号合成回路２０２ａおよび２０２ｂがそれらの出力Ｏ／Ｐ１〜Ｏ／Ｐ２において検出された神経信号活動を有する場合、信号合成回路２０２ａの入力１〜Ｃおよび信号合成回路２０２ｂの入力１〜Ｃは、その後スイッチ入力２３１を介してスイッチ出力２３３にルーティングされる。さらに、読み取り制御信号２０３の適用中に、ＤＳＰ２１８から出力されるスキャン制御信号２０１は、複数のＭ個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｍ（グループ１〜Ｍ）のそれぞれの中のスイッチ制御ユニット２０６を、それらを開位置に作動させることによって無効化する。スキャン制御信号２０１と読み取り制御信号２０３との間のこの協調型シグナリングが、スキャン・モード動作および読み取りモード動作の両方の間に同一の複数のＭ個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｍを使用する能力を提供する。
【０１０３】
したがって、ルーティングされ得るＭ個の出力信号の数は、脳に連結されたＮ個の電極の合計数より少なく、したがって、受信されるＮ個の電極（即ち、入力チャネル）と比較して少ないスキャン・モード・チャネルおよび読み取りモード・チャネルを有することによって起こる、処理効率の増大をもたらす。
【０１０４】
任意選択で（破線のボックスによって示される通り）、プロセス７０８〜７１４は、スキャンされ、その後スキャンに基づいて記録される（Ｊ個のグループのための）Ｊ個の出力、および事前にスキャンすることなく直接記録される（Ｍ−Ｊ個の残りのグループのための）Ｍ−Ｊ個の残りの出力に、（Ｍ個のグループのための）合計Ｍ個の出力を分配することに対応する。数値例を提供するために、合計Ｍ＝５個のグループで、Ｊ＝３グループ、Ｍ−Ｊ＝２グループであり、これらのグループのそれぞれがＮ個の電極のうちのＣ＝８個を受信すると考える。
【０１０５】
このようにして、７０８において、複数のＪ個の出力信号の受信を可能にするスキャン制御信号が生成され、複数のＪ個の出力信号のそれぞれが、脳に連結された複数のＮ個の電極のグループまたはサブセットからそれぞれ受信される複数の入力信号（即ち、信号グループ）の合成に基づく。例えば、ＤＳＰ２１８から出力されるスキャン制御信号２０１は、複数のＪ＝３個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｃ（グループ１〜３）のそれぞれの中のスイッチ制御ユニット２０６を有効にする。機能を有効化するこのスイッチは、複数のＪ＝３個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｃ（グループ１〜３）の出力Ｏ／Ｐ１〜Ｏ／Ｐ３が、スキャン・モード動作のために複数のＪ＝３個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｃに連結されることを可能にする。
【０１０６】
７１０において、複数のＪ個の出力信号のデジタル化バージョンが、複数のＪ個の出力信号のうちの１つまたは複数から神経スパイク信号を検出するために受信される。例えば、複数のＪ＝３個の神経信号検出回路２１０ａ〜２１０ｃは、複数のＪ＝３個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｃ（グループ１〜３）のそれぞれの出力Ｏ／Ｐ１〜Ｏ／Ｐ３から受信される、任意の神経スパイク信号を前処理（例えば、増幅およびフィルタリング）し、デジタル化する。したがって、Ｊ＝３個のグループのいずれか１つまたは複数の上の信号活動が、読み取り動作の前に判断される。
【０１０７】
７１２において、第１の読み取り制御信号は、検出された神経スパイク信号を有する複数のＪ個の出力信号のうちのいずれか１つまたは複数に対応する、複数の電極（即ち、信号グループ）の全てから受信される神経スパイク信号の記録を可能にするために生成される。信号記録の間、複数の出力信号を受信することは、スキャン制御信号によって無効化される。例えば、ＤＳＰ２１８から出力される読み取り制御１信号２０３は、スキャン・モード動作（７０８、７１０）に基づいて、検出された神経スパイク信号を有する複数のＪ＝３個の信号合成回路２０２ａ〜２０２ｃ（グループ１〜３）のうちの１つまたは複数に関連付けられた入力の全てを、スイッチ・マトリクス２１６がルーティングすることを可能にする。読み取り制御１信号２０３に応答して、信号合成回路２０２ａおよび２０２ｃが、スキャン・モード（７０８、７１０）中にそれらのそれぞれ出力Ｏ／Ｐ１、Ｏ／Ｐ３において神経信号活動を含むと判断される場合、信号合成回路２０２ａの入力Ｃ＝８および信号合成回路２０２ｃの入力Ｃ＝８は、その後スイッチ入力２３１を介してスイッチ出力２３３にルーティングされる。したがって、検出される神経スパイク信号活動を有する２つの信号合成回路２０２ａ、２０２ｃの両方について、合計１６個の入力が、スイッチ入力２３１を介してスイッチ出力２３３にルーティングされる。
【０１０８】
７１４において、第２の読み取り制御信号が、複数のＮ個の電極の第２のグループまたはサブセット（Ｍ−Ｊ）から受信される複数の入力信号から信号記録を可能にするために生成され、複数のＮ個の電極の第２のグループ（即ち、Ｍ−Ｊ個の電極）が、Ｍ−Ｊ個の出力信号を介してスイッチ・マトリクスからそれぞれ記録される。ここで、これらの信号合成器のためのある所定の入力が、後続の登録のためにスイッチ・マトリクスを通して対応する神経信号検出回路に直接ルーティングされるため、信号合成器の出力はスキャンされる必要はない。例えば、ＤＳＰ２１８から出力される読み取り制御２信号２０５は、スイッチ・マトリクス２１６がＭ−Ｊ＝２個の所定の信号合成器グループに対応する入力を、スイッチ・マトリクス入力２３１を介してスイッチ・マトリクス出力２３３にルーティングすることを可能にする。したがって、２つの所定の信号合成回路の指定された入力について、合計１６個の入力が、スイッチ入力２３１を介してスイッチ出力２３３にルーティングされる。
【０１０９】
図１１は、本発明の例示の実施形態による、１０６（図１）または１０８（図１）あるいはその両方などの処理コンポーネント内に組み込まれ得る、データ処理システム８００、９００のコンポーネントのブロック図を示す。図１１は、１つの実施の例示のみを提供し、異なる実施形態が実施され得る環境に関していかなる限定も示唆しないと理解されるべきである。示される環境に対する多くの変更は、設計および実施の要件に基づいて行われ得る。
【０１１０】
データ処理システム８００、９００は、機械可読プログラム命令を実行可能な任意の電子デバイスを表す。データ処理システム８００、９００は、スマート・フォン、コンピュータ・システム、ＰＤＡ、または他の電子デバイスを表し得る。データ処理システム８００、９００によって表され得るコンピューティング・システム、環境、または構成、あるいはその組み合わせの例は、パーソナル・コンピュータ・システム、サーバ・コンピュータ・システム、シン・クライアント、シック・クライアント、手持ちまたはラップトップ・デバイス、マルチプロセッサ・システム、マイクロプロセッサベース・システム、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ・システム、および上記システムまたはデバイスのうちのいずれかを含む分散型クラウド・コンピューティング環境を含むが、これらに限定されない。
【０１１１】
データ処理システム８００、９００は、図１１に示される内部コンポーネント８００のセット、および外部コンポーネント９００のセットを含み得る。内部コンポーネント８００のセットは、１つまたは複数のバス８２６上の１つまたは複数のプロセッサ８２０、１つまたは複数のコンピュータ可読ＲＡＭ８２２、および１つまたは複数のコンピュータ可読ＲＯＭ８２４、ならびに１つまたは複数のオペレーティング・システム８２８および１つまたは複数のコンピュータ可読有形記憶デバイス８３０を含む。１つまたは複数のオペレーティング・システム８２８および神経信号記録制御（ＮＳＲＣ）プログラム８０１（図１０も参照）などのプログラム、ならびに図３〜図６のプロセスが、１つまたは複数のＲＡＭ８２２（典型的には、キャッシュメモリを含む）を介した１つまたは複数のプロセッサ８２０による実行のために、１つまたは複数のコンピュータ可読有形記憶デバイス８３０上に記憶され得る。図１１に示される実施形態において、コンピュータ可読有形記憶デバイス８３０のそれぞれが、内部ハード・ドライブの磁気ディスク記憶デバイスである。代替的には、コンピュータ可読有形記憶デバイス８３０のそれぞれが、ＲＯＭ８２４などの半導体記憶デバイス、ＥＰＲＯＭ、フラッシュ・メモリ、またはコンピュータ・プログラムおよびデジタル情報を記憶し得る任意の他のコンピュータ可読有形記憶デバイスである。
【０１１２】
内部コンポーネント８００のセットは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリ・スティック、磁気テープ、磁気ディスク、光ディスク、または半導体記憶デバイスなどの１つまたは複数のポータブル・コンピュータ可読有形記憶デバイス９３６から読み出し、かつ書き込むためのＲ／Ｗドライブまたはインターフェース８３２も含む。ＮＳＲＣプログラム８０１は、それぞれのポータブル・コンピュータ可読有形記憶デバイス９３６のうちの１つまたは複数上に記憶され、それぞれのＲ／Ｗドライブまたはインターフェース８３２を介して読み出され、それぞれのハード・ドライブ８３０にロードされ得る。
【０１１３】
内部コンポーネント８００のセットは、ＴＣＰ／ＩＰアダプタ・カード、ワイヤレスＷｉＦｉインターフェース・カード、または３Ｇもしくは４Ｇワイヤレス・インターフェース・カードなどのネットワーク・アダプタ（もしくはスイッチ・ポート・カード）またはインターフェース８３６、あるいは他の有線または無線通信リンクも含み得る。ＮＳＲＣプログラム８０１または図３〜６のプロセス、あるいはその両方が、ネットワーク（例えば、インターネット、ローカル・エリア・ネットワークなど、ワイド・エリア・ネットワーク）およびそれぞれのネットワーク・アダプタまたはインターフェース８３６を介して、外部コンピュータ（例えば、サーバ）からダウンロードされ得る。ネットワーク・アダプタ（もしくはスイッチ・ポート・アダプタ）またはインターフェース８３６から、ＮＳＲＣプログラム８０１または図３〜６のプロセス、あるいはその両方が、それぞれのハード・ドライブ８３０内にロードされる。ネットワークは、銅電線、光ファイバ、ワイヤレス伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイ・コンピュータ、またはエッジ・サーバ、あるいはその組み合わせを含み得る。
【０１１４】
外部コンポーネント９００のセットは、コンピュータ・ディスプレイ・モニタ９２０、キーボード９３０、およびコンピュータ・マウス９３４を含み得る。外部コンポーネント９００は、タッチ・スクリーン、仮想キーボード、タッチ・パッド、ポインティング・デバイス、および他のヒューマン・インターフェース・デバイスも含み得る。内部コンポーネント８００のセットは、コンピュータ・ディスプレイ・モニタ９２０、キーボード９３０、およびコンピュータ・マウス９３４へインターフェースするデバイス・ドライバ８４０も含む。デバイス・ドライバ８４０、Ｒ／Ｗドライブまたはインターフェース８３２、およびネットワーク・アダプタまたはインターフェース８３６は、ハードウェアおよびソフトウェア（記憶デバイス８３０またはＲＯＭ８２４あるいはその両方に記憶される）を含む。
【０１１５】
本発明の多様な実施形態の説明は、例示の目的で提示されているが、網羅的であること、または開示された実施形態に限定することを意図したものではない。説明された実施形態の範囲および思想から逸脱することなく、多くの変更および変形が当業者には明らかであろう。本明細書で使用される用語は、１つもしくは複数の実施形態の原理、実用的な適用、もしくは市場で発見される技術に対する技術的改善を最もよく説明するため、または他の当業者が本明細書で開示される実施形態を理解することを可能にするために選択された。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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