Opracowanie modelu matryc mikroelektrodowych oraz układu scalonego do elektrycznej stymulacji żywych sieci neuronowych

Abstract

The aim of the thesis was to develop a model of an array of planar microelectrodes and to design an integrated curcuit to be used in the future system for simultaneous and independent stimulation and recording neuronal activity of hundreds cells. The first two chapters include discussion of neuronal cell operation and its interaction with a microelectrode, which enables to record the cell activity and to stimulate it electrically. Next, the microelectrode theory and results of impedance parametrization of the array are given. In chapter 4 the parameters of generated signals required for efficient and safe stimulation of alive tissue are discussed. In the following, the stimulation protocol leading to significant reduction the stimulation artifacts is proposed. In the last chapter the design of 64-channel integrated circuit for stimulation of neural cells and the results of its electrical tests are presented.

Celem rozprawy było opracowanie modelu matryc mikroelektrodowych oraz projektu wielokanałowego układu scalonego, stanowiących elementy planowanego sytemu do niezależnej stymulacji oraz rejestracji aktywności setek żywych komórek nerwowych. Pierwsze dwa rozdziały pracy stanowią wprowadzenie w tematykę badań, w ramach którego omówiono zasadę działania komórki nerwowej oraz mechanizmy jej oddziaływania z elektrodą, umożliwiające rejestrację sygnałów z komórki oraz jej stymulację elektryczną. W kolejnych trzech rozdziałach przedstawiono wyniki parametryzacji impedancji używanych elektrod, określono wymagane parametry generowanych sygnałów pozwalających na efektywną i bezpieczną stymulację komórek nerwowych oraz zaproponowano protokół stymulacji, który pozwala na znaczną redukcję tzw. artefaktów stymulacyjnych w porównaniu do powszechnie przyjętych rozwiązań. W ostatnim rozdziale pracy przedstawiono projekt 64-kanałowego układu scalonego do stymulacji komórek nerwowych oraz wyniki jego testów elektrycznych.