一种具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极制造技术

本发明专利技术提供了一种具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极，包括：电极鞘；三个大尺度局部场电位触点，沿轴向分布在电极鞘上；多尺度电极触点单元，设置在位于中间的大尺度局部场电位触点内，包括局部场电位触点和用于记录单细胞动作电位的微电极触点，局部场电位触点和微电极触点构成蜂窝状拓扑结构；导线，设置在电极鞘内，并与三个大尺度局部场电位触点和多尺度电极触点单元连接。本发明专利技术能实现同一空间下多级神经信号监测与刺激，并且能够从几微米、几十微米、几百微米和一千微米等五个不同空间尺度实现从单神经元到不同数目神经集群的监测与刺激，对于神经病理性疼痛等多种神经系统疾病的解码、识别、以及调控具有重要价值与意义。价值与意义。价值与意义。

【技术实现步骤摘要】
一种具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极


[0001]本专利技术属于脑机融合
，具体涉及一种具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极。

技术介绍

[0002]人脑中的大约1000亿个神经元通过复杂的动作电位传递信息，这些电活动参与了感知觉产生、运动编码和高等认知等脑功能产生过程。人脑与电脑通过连续高通量的信息交互来实现深度融合的脑机融合技术能够大幅提升运动残障、精神疾病、感知觉缺失能等多种疾病患者的治疗效果。其中，植入式神经电极阵列是发展脑机融合技术所不可或缺的关键器件。
[0003]一方面植入式电极阵列可以大范围、高精度地记录神经电信号，为神经信息解码奠定坚实基础。另一方面，借助植入式电极阵列刺激神神经核团进行信息写入，不但可以向脑内直接传入新信息，也可能改变神经精神疾病(例如帕金森、癫痫和神经病理性疼痛等)患者的异常神经活动，达到缓解症状或治疗疾病的目的。
[0004]常用的侵入式神经电信号包括细胞外记录的低频局部场电位和高频的动作电位。大脑信息处理和对输入响应需要涉及许多神经细胞的共同作用。要解码疾病状态大脑的工作机制，需要同时检测不同尺度神经信号变化，并从不同尺度对大脑进行信息写入，进而精准调控神经系统疾病。随着植入式电极阵列的发展，在技术上已实现信号长期稳定传输。但面对疾病状态脑电精细解码和精准调控的需求，缺少能够采集多尺度脑电信号与多尺度信息输入的植入式器件。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极。
[0006]本专利技术提供了一种具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极，具有这样的特征，包括：电极鞘，一端为植入端，另一端为接口端；三个大尺度局部场电位触点，沿轴向分布地设置在电极鞘上；多尺度电极触点单元，设置在位于中间的大尺度局部场电位触点内，包括用于记录局部场电位的局部场电位触点和用于记录单细胞动作电位的微电极触点，局部场电位触点和微电极触点构成蜂窝状拓扑结构；以及导线，设置在电极鞘内，并与三个大尺度局部场电位触点和多尺度电极触点单元连接。
[0007]在本专利技术提供的具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极中，还可以具有这样的特征：三个大尺度局部场电位触点设置在电极鞘上的靠近植入端处。
[0008]进一步地，每个大尺度局部场电位触点的外圈直径为275
‑
485微米，内圈直径为265
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475微米，相邻两个大尺度局部场电位触点之间的间距为10
‑
50微米。
[0009]在本专利技术提供的具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极中，还可以具有这样的特征：局部场电位触点包括中尺度局部场电位触点和小尺度局部场电位触点，中尺
度局部场电位触点嵌套在位于中间的大尺度局部场电位触点内，多个小尺度局部场电位触点嵌套在中尺度局部场电位触点内，每个小尺度局部场电位触点内嵌套有多个微电极触点。
[0010]进一步地，中尺度局部场电位触点的外圈直径为255
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435微米，内圈直径为245
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425微米，中尺度局部场电位与所在大尺度局部场电位触点之间的间距为5
‑
20微米，每个小尺度局部场电位触点的外圈直径为75
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135微米，内圈直径为65
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125微米，相邻两个小尺度局部场电位触点之间的间距为5微米，每个微电极触点的外圈直径为15
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35微米，内圈直径5
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25微米，相邻两个微电极触点之间的间距为5微米。
[0011]更进一步地，小尺度局部场电位触点的数量为7个，并以1个小尺度局部场电位触点为圆心、6个小尺度局部场电位触点沿周向均布于四周的蜂窝状结构排列，每个小尺度局部场电位触点内嵌套有7个微电极触点，同样以1个微电极触点为圆心、6个微电极触点沿周向均布于四周的蜂窝状结构排列。中尺度局部场电位触点和紧邻的小尺度局部场电位触点之间的间距为5微米。
[0012]在本专利技术提供的具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极中，还可以具有这样的特征：导线的数量为三根，三根导线的一端分别与三个大尺度局部场电位触点连接，并且连接中间大尺度局部场电位触点的导线的一端还与多尺度电极触点单元连接，三根导线的另一端延伸至电极鞘的接口端，并与接口端一起构成外接插口。
[0013]进一步地，外接插口用于连接能够同步记录与刺激局部场电位和单细胞动作电位的电生理记录仪。
[0014]在本专利技术提供的具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极中，还可以具有这样的特征：电极鞘的长度可调，用于植入不同深度的大脑核团。
[0015]专利技术的作用与效果
[0016]根据本专利技术所涉及的具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极，微电极具有电流密度高，响应速度快，欧姆压降小，信噪比高的有点，因此选择微电极来记录动作电位，通过蜂窝状拓扑结构微电极阵列实现多位点高密度监测小体积神经元群体活动，能够获得更高的空间分辨率。更大尺度电极触点能够获得电极尖端附近小范围区域内的突触后电位的平均效应，背设计用来记录频域信息更加广泛的场电位信号，表征了区域内多个神经元协同工作的信息。LFP的相位特征是表达外界刺激信息的重要度量，Spike与LFP节律之间的锁相关系反映了重要的神经编码特性，通过锁相的研究可以进一步探究外部信息在中枢神经系统传递的特性以及整合机制。通过刺激对特定的若干个神经元进行信息输入，来观察神经网络中其他神经元的响应也是神经调控以及脑机接口关注的重要问题。拓扑结构复合电极能实现同一空间下多级神经信号监测与刺激，并且能够跨空间尺度，从几微米、几十微米、几百微米和一千微米等五个不同空间尺度，实现从单神经元到不同数目神经集群的监测与刺激，对于神经病理性疼痛等多种神经系统疾病的解码、识别、以及调控具有重要价值与意义。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的实施例中具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极的结构示意图；
[0018]图2是本专利技术的实施例中位于中间的大尺度局部场电位触点和内部的多尺度电极触点单元的示意图。
[0019]附图标记说明：
[0020]10电极鞘；11植入端；12接口端；20大尺度局部场电位触点；30多尺度电极触点单元；31中尺度局部场电位触点；32小尺度局部场电位触点；33微电极触点；40导线。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术作具体阐述。
[0022]实施例
[0023]图1是具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极的结构示意图。
[0024]如图1所示，本实施例提供了一种具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极，包括电极鞘10、三个大尺度局部场电位触点20、多尺度电极触点单元30、以及三根导线40。
[0025]电极鞘1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极，其特征在于，包括：电极鞘，一端为植入端，另一端为接口端；三个大尺度局部场电位触点，沿轴向分布地设置在所述电极鞘上；多尺度电极触点单元，设置在位于中间的所述大尺度局部场电位触点内，包括用于记录局部场电位的局部场电位触点和用于记录单细胞动作电位的微电极触点，所述局部场电位触点和所述微电极触点构成蜂窝状拓扑结构；以及导线，设置在所述电极鞘内，并与三个所述大尺度局部场电位触点和所述多尺度电极触点单元连接。2.根据权利要求1所述的具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极，其特征在于：其中，三个所述大尺度局部场电位触点设置在所述电极鞘上的靠近植入端处。3.根据权利要求2所述的具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极，其特征在于：其中，每个大尺度局部场电位触点的外圈直径为275
‑
485微米，内圈直径为265
‑
475微米，相邻两个大尺度局部场电位触点之间的间距为10
‑
50微米。4.根据权利要求1所述的具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极，其特征在于：其中，所述局部场电位触点包括中尺度局部场电位触点和小尺度局部场电位触点，所述中尺度局部场电位触点嵌套在位于中间的所述大尺度局部场电位触点内，多个所述小尺度局部场电位触点嵌套在所述中尺度局部场电位触点内，每个所述小尺度局部场电位触点内嵌套有多个所述微电极触点。5.根据权利要求4所述的具有拓扑结构的神经记录与刺激多尺度复合电极，其特征在于：其中，所述中尺度局部场电位触点的外圈直径为255
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435微米，内圈直径为245
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425微米，中尺度局部场电位与所在大尺度局部场电位...

【专利技术属性】
技术研发人员：王守岩，牛琦玉，宋睿，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：