Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2016 - zeszyt 11

Analysis of circuits for effective stimulation in neurobiological experiments

10.15199/48.2016.11.27

nr katalogowy: 101969
10.15199/48.2016.11.27

This paper reports on the development of the amplifier for neurobiological experiments, for fast transition between the stimulation and recording phases. Schematic-level design and parameters are presented, as well as the implementation of three methods of stimulus artifact reduction. Finally, simulation results are shown for performance comparison of these methods. Streszczenie. Artykuł opisuje projekt wzmacniacza do zastosowań w eksperymentach neurobiologicznych, gdzie szybkie przełączanie pomiędzy fazą stymulacji i fazą odczytu jest bardzo istotne. Zaprezentowany jest schemat układu, jego parametry, implementacja trzech metod redukcji artefaktów stymulacyjnych, oraz wyniki symulacji porównujących te metody. (Analiza układów elektronicznych do efektywnej stymulacji w eksperymentach neurobiologicznych). Keywords: stimulation, artifacts, neurobiological experiments. Słowa kluczowe: stymulacja, artefakty, eksperymenty neurobiologiczne. Introduction Dedicated integrated circuits for stimulation and recording in neurobiological experiments are important tools that allow for better understanding of the nervous system operation. Additionally, these circuits enable the development of methods for the treatment of neural diseases (such as epilepsy, depression, blindness and Parkinson disease) and the construction of brain-computer interfaces that facilitate the daily functioning of disabled people [1, 2]. Electrical properties of the electrodes used in microelectrode arrays, together with the parameters of stimulus pulses (necessary to initiate the action potential), cause the presence of residual voltage on the electrode. As a result, this leads to the risk of saturation of recording amplifier and the lack of possibility of cell response recording throughout periods on the order of few milliseconds after the end of stimulus pulse (so called “stimulation artifacts"). The minimization of duration of the artifacts (“dead time"[...]

Bibliografia

[1] Doi E., Gauthier J.L., F ield G.D., Shlens J., Sher A., Greschner M., Machado T.A., Jepson L.H., Mathieson K., Gunning D.E., L i tke A.M., Paninski L., Chichi lnis k y E.J., S imoncel l i E.P., Efficient Coding of Spatial Information in the Primate Retina, J. Neurosci., 32 (2012), No. 46, 16256- 16264
[2] Hochberg L.R., Bacher D., Jarosiewicz B., Masse N.Y., Simeral J.D., Vogel J., Haddadin S., Liu J., Cash S.S., v a n der Smagt P., Donoghue J.P., Reach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm, Nature, 485 (2012), 372-375
[3] Blum R.A.: An electronic system for extracellular neural stimulation and recording, PhD dissertation, Georgia Institute of Technology, (2007)
[4] Brown E.A., Ross J.D., Blum R.A., Nam Y., Wheeler B.C., DeWeer th S.P., Stimulus-Artifact Elimination in a Multi- Electrode System, IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst., 2 (2008), No. 1, 10-21
[5] Hottowy P.: Opracowanie modelu matryc mikroelektrodowych oraz układu scalonego do elektrycznej stymulacji żywych sieci neuronowych, Rozprawa doktorska, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, (2006)
[6] Hottowy P., Skoczeń A., Gunning D.E., Kachiguine S., Mathieson K., Sher A., Wiącek P., Litke A.M., Dąbrows ki W., Properties and application of a multichannel integrated circuit for low-artifact, patterned electrical stimulation of neural tissue, J. Neural Eng., 9 (2012), No. 6, 066005
[7] Kmon P., Ot f inows ki P., Gr yboś P., Sz cz ygieł R., Żoł ądź M., Lis icka A., Design for the Testability of the Multichannel Neural Recording and Stimulating Integrated Circuit, Proc. 22nd Int. Conf. "Mixed Design of Integrated Circuits and Systems", (2015), 305-308
[8] Żoł ądź M., Kmon P., Rauza J., G r yboś P., B łasiak T., System do wielokanałowej rejestracji elektrycznej aktywności tkanki nerwowej In Vivo z użyciem matryc mikroelektrod, Przegląd Elektrotechniczny, 90 (2014), nr 5, 176-179
[9] Ri chardot A., McAdams E.T., Harmonic Analysis of Low- Frequency Bioelectrode Behavior, IEEE Trans. Med. Imag., 21 (2002), No. 6, 604-612
[10] Gonzalez E.A., Dor čák L., Monje C.A., Val sa J., Caluyo F.S., Pet ráš I., Conceptual design of a selectable fractional-order differentiator for industrial applications, Fractional Calculus Appl. Anal., 17 (2014), No. 3, 697-716
[11] Kadłubows k i Ł., Kmon P., Residual voltage analysis for the development of efficient stimulation methodology in integrated circuits, to be published in MIXDES 2016 Conf. Proc.
[12] Mathieson K., Kachiguine S., Adams C., Cunningham W., Gunning D., O'Shea V., Smith K.M., Chichi l nisky E.J., Litke A.M., Sher A., Rahman M., Large-Area Microelectrode Arrays for Recording of Neural Signals, IEEE Trans. Nucl. Sci., 51 (2004), No. 5, 2027-2031

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


e-Publikacja (format pdf) - nr 101969 "Analysis of circuits for ..." licencja: Osobista Produkt cyfrowy	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - e-zeszyt (pdf) 2016-11 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	55.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2016-11

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma