An Implantable Optogenetic Neuro-Stimulator SoC With Extended Optical Pulse-Width Enabled by Supply-Variation-Immune Cycled Light-Toggling Stimulation
Notice bibliographique
Résumé
The design, development, and experimental validation of an inductively-powered four-channel optical neuro-stimulator system on a chip (SoC) with on-chip neural recording, temperature monitoring, signal processing, and bidirectional wireless data communication are presented. A biologically-inspired optical stimulation approach is employed that extends the limitations on the stimulation pulse-width and frequency (i.e., enabling wirelessly-powered optical stimulation at very low frequencies (e.g.,$< $10 Hz)) while significantly reducing the required on-device storage capacitor size. The biological efficacy of the proposed approach is validated and compared with conventional stimulation through in vitro experiments. The stimulator's energy efficiency is enhanced by employing a high-gain (850 A/A) current amplifier/driver in each channel that steers up to 10 mA into the optical source with an excellent linearity ($|INL|< $0.5LSB), while 1) yielding the lowest-in-literature required voltage headroom, and 2) being insensitive to large (up to 12%) supply voltage drops, which is ideal for battery-less implantable devices. Additionally, to maximize the percentage of the generated optical power that reaches the targeted cells (thus, further energy efficiency enhancement), inkjet printing is utilized to fabricate custom-designed optical$\mu$lenses that are placed directly on top of the silicon SoC to enhance the generated light's directivity by >$30\times$. An electrophysiological recording channel for real-time monitoring of the stimulation efficacy and a high-precision (0.1$^{\circ }$C resolution) temperature readout circuit for shutting off stimulation upon detection of an unsafe temperature increase are also integrated on the chip. Additionally, the SoC hosts an ASK receiver and an LSK transmitter for downlink and uplink wireless data communication, respectively. The SoC is fabricated in a standard 130 nm CMOS process and occupies 6 mm$^{2}$. Measurement results for different sensory and communication blocks are presented, as well as in vitro experimental validation results showing simultaneous optical stimulation, electrical recording, and calcium imaging.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».