基于CMOS集成电路的BCI微传感系统

发布时间：2022-02-14 21:54

　　脑-机接口是在人脑与计算机或其他电子设备之间建立的一种不依靠大脑输入、输出通道（如外周神经和肌肉组织等）的通信与控制系统,是涉及神经科学、微机械学、工程学、数学、计算机科学以及临床康复等领域的一种新兴多学科交叉技术,近年来已成为国内外研究热点。脑-机接口技术不仅为人与计算机等设备间提供了一种新型的交互方式,更为人类对自身的认识与研究提供了一种有效的手段。神经微传感器（微电极）是脑-机接口系统中的关键部件,是神经生理学解码人脑思维过程的必要工具。基于MEMS和CMOS技术的最新发展成果,本文研究了具有自主知识产权的多维双向可植入式神经微电极的关键技术。基于该电极的微传感系统可以记录多重神经元运动,并可通过电刺激的手段探索包括小儿麻痹症、帕金森综合症、耳聋和癫痫病等诸多顽疾的治疗方法。为了实现电极多维、双向、可植入式及其微电路设计等关键技术的目标,分析了神经信号的特征,并建立了电极与神经组织间相互作用的数学模型;在充分考虑机械生物相容性的基础上,确定了电极的物理参数（探针长、宽、厚、测点间距）及结构制造方法等;根据多点测量、双向通信、前端信号调理等技术要求,进行了基于单电源技术的前置信号采... 

【文章来源】：天津大学天津市211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

BCI系统框图

的结构设计也会影响到整个系统的设计。如图 1-2 所示，信号采集系统一神经电极、信号隔离放大器、滤波器和模数转换器等组成部分，其作用是电信号、经处理后转化为数字信号作为计算机的输入。不难看出，神经电号采集系统中的敏感元件，也是最重要的组成部件，其性能很大程度上决采集信号的精度、检测系统灵敏度。

1.2.2 有创型 BCI有创型 BCI，是采用直接神经接口技术，把神经微电极或微电极阵列通过手术植入脑颅中，直接刺激或记录大脑神经元信息，以实现和外界交流。相对无创检测技术，有创式微传感器因离信号源很近，具有较高的空间和频率分辨率，并且植入电极不受肌肉运动的影响，可以在头部固定较长时间，具有较好的位置稳定性，另外在对复杂中枢神经系统活动检测及解码等关键领域更具有不可替代的作用，所以在 BCI 系统发展到实用阶段的方向上具有诸多独特的优势。但是，由于微传感器需要通过手术植入人脑，可能会导致感染或者脑损伤，因此具有一定的风险。所以，可植入式微传感器的设计和制作成为了制约BCI 系统发展的一个瓶颈。自 20 世纪 70 年代开始，国际上诸多研究机构和大学的科学家在可植入微传感器的设计上投入了大量精力，并取得了一系列进展，但还存在大量问题。图 1-3 利用 MRI 检测脑电信号并控制机械手，from Honda Motor

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3625334