многоканальный электрод с независимым перемещением микропроводников в пучке

Формула изобретения

Многоканальный электрод для регистрации биоэлектрической активности больших групп нервных клеток и их электростимуляции, состоящий из держателя и пучка покрытых изоляцией сверхтонких металлических микропроводников, подключенных через контакты к многоканальному усилителю, отличающийся тем, что в центральном канале держателя установлена подвижная игла, к которой прикреплены одни из концов микропроводников пучка, другие концы зафиксированы внутри металлических стержней, находящихся в боковых наклонных каналах держателя и выполненных с возможностью независимого перемещения относительно друг друга и поднятия до уровня, при котором амплитуда регистрируемого биоэлектрического сигнала на выходе соответствующего канала усилителя максимальна.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к области производства приборов нейрофизиологического назначения для прецизионной электростимуляции и регистрации биоэлектрической активности одновременно большого числа нейронов головного мозга человека и животных.

Уровень техники

Аналогом изобретения является устройство для стимуляции и отведения разрядной активности больших групп нервных клеток (так называемый, «нейроинтерфейс»), состоящее из держателя и пучка покрытых изоляцией сверхтонких металлических микропроводников, подключенных через контакты к многоканальному усилителю [1, 2].

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков аналога: «из держателя и пучка покрытых изоляцией сверхтонких металлических микропроводников, подключенных через контакты к многоканальному усилителю».

Недостатком аналога является его малая эффективность, поскольку отводящие поверхности лишь части микропроводников такого пучка (по разным данным от 15% до 40%) после его введения в ткань мозга оказываются в области локализации той или иной нервной клетки. Только эти каналы электрода в дальнейшем и могут использоваться для электростимуляции и регистрации нейронной активности. Замена же их индивидуально подвижными проводниками большого диаметра (с последующей заточкой и покрытием каждого из них слоем изоляции) [3] неизбежно приводит к возникновению множественных микротравм ткани мозга и, как следствие, нарушению нормального его функционирования в зоне отведения.

Прототипом изобретения является «модульный многоканальный микроэлектрод» [4] (J.Hetke, D.Pellinen, D.Anderson. Modular multichannel microelectrode array and methods of making same // Patent USA. WO 2007/042999 A3 (2007)).

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «из держателя и пучка покрытых изоляцией металлических микропроводников, подключенных через контакты к многоканальному усилителю».

Недостатком прототипа также является его малая эффективность, а именно невозможность получения на выходе каждого из каналов усилителя биоэлектрического сигнала максимальной амплитуды.

Устранение недостатка может быть достигнуто за счет того, что в центральном канале держателя устанавливается подвижная игла, к которой прикрепляют одни из концов микропроводников пучка, а другие их концы фиксируют внутри металлических стержней, находящихся в боковых наклонных каналах держателя и выполненных с возможностью независимого перемещения относительно друг друга и поднятия до уровня, при котором амплитуда регистрируемого биоэлектрического сигнала на выходе соответствующего канала усилителя оказывается максимальной.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание многоканального электрода для эффективной регистрации биоэлектрической активности больших групп нервных клеток и их электростимуляции.

При осуществлении изобретения могут быть получены следующие результаты:

А. Увеличение числа одновременно регистрируемых нейронов головного мозга человека и животных и, как следствие, значительное повышение уровня эффективности нейрофизиологического тестирования.

Б. Появление возможности одновременной микроточечной стимуляции мозга в области локализации функционально маркированных нервных клеток.

С. Снижение уровня травматичности мозговой ткани в ходе нейрохирургических операций, связанных с необходимостью локальной стимуляции отдельных нейронов и регистрации их биоэлектрической активности.

Указанные технические результаты достигаются за счет того, что в центральном канале держателя установлена подвижная игла, к которой прикреплены одни из концов микропроводников пучка, другие зафиксированы внутри металлических стержней, находящихся в боковых наклонных каналах держателя и выполненных с возможностью независимого перемещения относительно друг друга и поднятия до уровня, при котором амплитуда регистрируемого биоэлектрического сигнала на выходе соответствующего канала усилителя максимальна.

Признаки, отличающие изобретение от наиболее близкого аналога, выражаются следующей совокупностью признаков: «в центральном канале держателя установлена подвижная игла, к которой прикреплены одни из концов микропроводников пучка, другие зафиксированы внутри металлических стержней, находящихся в боковых наклонных каналах держателя и выполненных с возможностью независимого перемещения относительно друг друга».

С целью повышения эффективности регистрации и стимуляции нейронной активности предусмотрена возможность независимого перемещения микроэлектродов относительно друг друга и поднятия каждого из них до уровня, при котором амплитуда регистрируемого биоэлектрического сигнала на выходе соответствующего канала усилителя оказывается максимальной.

Таким образом, задача изобретения решена.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Определение эффективности предлагаемого устройства проводилось в рамках нейрофизиологического анализа биоэлектрической активности нейронов сенсомоторной области коры кроликов, находящихся в условиях свободного поведения.

На чертеже изображена схема многоканального электрода, который использовался для регистрации нейронной активности.

Схема содержит изготовленный из диэлектрического материала (фторопласта) держатель 1, в центральном канале которого находится подвижная игла из вольфрама 2, а в боковых наклонных отверстиях с помощью винтов 3 укреплены микропроводники. Каждый из них представляет собой микропровод 4 в стеклянной изоляции (диаметр токопроводящей жилы 1-3 мкм, толщина изолирующего ее стеклянного покрытия 5-7 мкм), верхнюю часть которого после удаления слоя стекла во фтористоводородной кислоте фиксируют токопроводящим клеем внутри металлического стержня 5 (отрезок инъекционной иглы). Нижние концы всех микропроводников 4 с помощью раствора сахарозы приклеивают к центральной игле 2. Ближние к центру держателя 1 концы токосъемников 6 (ламели микроразъема РГ1Н-1-5) припаяны к микрокабелю, подключенному к входам многоканального усилителя.

Устройство работает следующим образом. После трепанации кости черепа над областью регистрации и удаления участка твердой мозговой оболочки в ткань мозга плавно погружают многоканальный электрод и жидкой пластмассой (Норакрил-100) скрепляют держатель 1 с костью черепа. Спустя 15-20 минут, которые необходимы для растворения сахарозы в ткани мозга, иглу 2 вынимают из центрального отверстия и подключают каждый микропроводник через токосъемник 6 к одному из входов многоканального усилителя. Затем, используя (в зависимости от вида биологического объекта) либо стереотаксический аппарат, либо микроманипулятор, последовательно поднимают каждый из стержней 5 в канале держателя 1 до уровня, обеспечивающего наибольшую амплитуду активного биоэлектрического сигнала на выходе соответствующего канала усилителя. В этом положении каждый стержень окончательно фиксируют микровинтом 3 в канале держателя 1.

Возможность осуществления изобретения с реализацией указанного назначения подтверждается известностью средств и методов получения устройств.

Таким образом, подтверждена возможность осуществления изобретения.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня эффективности нейрофизиологического тестирования за счет увеличения одновременно регистрируемых нейронов головного мозга, появления возможности одновременной микроточечной стимуляции мозга в области локализации функционально маркированных нервных клеток и за счет снижения уровня травматичности мозговой ткани в ходе нейрохирургического вмешательства.

Источники информации

1. V.Tsytsarev, M.Taketani, F.Schottler, Shigeru Tanaka and Masahiko Hara. A new planar multielectrode array: recording from a rat auditory cortex// J. Neural Eng. 3 (2006). 293-298.

2. Justin С.Williams, Robert L. Rennaker, Daryl R. Kipke. Long-term neural recording characteristics of wire microelectrode arrays implanted in cerebral cortex. Brain Research Protocols. 4 (1999). 303-313.

3. Steven J. Eliades, Xiaoqin Wang. Chronic multi-electrode neural recording in free-roaming monkeys// Journal of Neuroscience Methods. 172 (2008). 201-214.

4. J.Hetke, D.Pellinen, D.Anderson. Modular multichannel microelectrode array and methods of making same// Patent USA. WO 2007/042999 A3 (19.04.2007).