StimDust：一种具有超声供能与通信的毫米级可植入无线精密神经刺激器
神经元与认知
2020-02-18 v5
摘要
神经刺激是一种用于调节生理功能以及作为脑机接口一部分向神经系统写入信息的强大技术。当前临床批准的神经刺激器需要电池且体积为数立方厘米——通常远大于其预期靶标。我们提出一种完整的无线神经刺激系统，由 1.7 mm3 的无线、无电池、无导线可植入刺激器（"mote"）、用于供能与双向通信的超声无线链路，以及手持式外部收发器组成。该 mote 由压电陶瓷换能器、储能电容和刺激器集成电路（IC）构成。该 IC 以高效率采集超声能量，解码刺激参数下行数据，并生成电流控制刺激脉冲。刺激参数通过无线链路即时时间编码，而非在 mote 上编程存储，从而降低功耗与片上存储需求，并实现具有高时间分辨率和低延迟反馈的复杂刺激协议，用于闭环刺激。上行数据指示 mote 当前是否正在刺激；其由 mote 通过反向散射调制编码，并在外部收发器处解调。我们表明该 mote 工作于 FDA 诊断超声限值 7.8% 的声强下，并刻画了声学无线链路对预期现实世界失准的鲁棒性。我们通过将 mote 以袖套形式急性植入麻醉大鼠坐骨神经，演示了系统的体内性能，并显示出在广泛生理响应下高度可重复的刺激。
引用
@article{arxiv.1807.07590,
title = {StimDust: A mm-scale implantable wireless precision neural stimulator with ultrasonic power and communication},
author = {David K. Piech and Benjamin C. Johnson and Konlin Shen and M. Meraj Ghanbari and Ka Yiu Li and Ryan M. Neely and Joshua E. Kay and Jose M. Carmena and Michel M. Maharbiz and Rikky Muller},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.07590},
year = {2020}
}