대뇌에 전기로 자극하는 신경 인터페이스 SoC (VLSI 심포지엄)

 

인간의 대뇌와 컴퓨터를 어떤 형태로 연결하여 컴퓨터에서 뇌신경의 신호를 읽거나 컴퓨터에서 뇌신경에 자극을 주는 방법은 과거부터 연구되어 왔다. 사지를 움직이는 신호를 취득하면 의수와 의족 등의 개발에 도움이 될 가능성이 있다. 음향 센서나 이미지 센서 등에서 외부로부터 취득한 신호를 컴퓨터로 대뇌가 이해할 수 있는 형태로 변환하고 뇌신경에 보내면 청각 및 시각의 대용이 될 수 있다. 그 외에도 여러가지에 응용될 수 있다.

 

대뇌와 컴퓨터를 전기적으로 접속하려면 생체에 다수의 전극을 심고, 유선 혹은 무선으로 신호를 교환할 필요가 있다. 하지만 케이블과 전원 장치 등의 존재는 생체에 매우 큰 부담이 될 수 있다.

생체의 부담을 덜기에는 작고 가볍고, 무해하고 외부와 비접촉으로 신호와 전력을 교환 가능한 모듈이 바람직하다. 미국 캘리포니아 대학교 샌디에고(University of California, San Diego)의 연구팀은 그런 기능을 갖춘 실리콘 다이(뉴런 인터페이스 SoC)를 개발했다. 그리고 개발 성과를 VLSI 심포지엄에서 발표했다.(강연 번호 C6.1)

캘리포니아 대학교 샌디에고가 개발한 실리콘 다이(신경 인터페이스 SoC)는 외형 치수가 3×3×0.25mm(폭×두께×높이)로 적다. 이 실리콘 다이를 생체 내부에 넣고, 외부와 전력 및 신호를 주고받는다. 실리콘 다이는 필요한 회로 소자의 거의 모든 것을 집적하고 있으며 외장형 부품은 한가지도 없다. 제조 기술은 180nm의 SOI CMOS 기술이다.

 

생체에 넣는 SoC는 안테나 코일(L)과 캐패시터(C)를 탑재하고 있다. 이 LC 공진 회로에 외부 190MHz의 고주파 무선으로 전력을 공급한다. SoC는 정류 회로와 바이어스 발생 회로를 탑재하고 있으며 이들 회로를 통해서 필요한 전원을 각부에 제공한다. 전원 전압은 0.8V.

 

실리콘 다이 표면에는 4개의 작은 전극을 1개 단위로 16단위 전극을 형성하고 있다. 이 전극을 통해서 신경에 전기 자극을 주거나 신경의 전기 신호를 감지하기도 한다. 감지한 신호는 아날로그 전단과 아날로그 디지털 변환 회로를 통한 디지털 데이터다. 데이터의 송수신은 ASK 변조 무선으로 실시한다.

제작한 신경 인터페이스 SoC는 전기 자극으로-3.3~+3.9V의 전압 펄스를 발생할 수 있다. 발생류는 최대 145μ A다. 향후 실험 동물에 SoC를 포함시켜 성능을 평가할 예정이다.

출처 - http://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/event/20150619_707836.html