A Distributed Neural Recorder/Stimulator for Epilepsy Monitoring

用于癫痫监测的分布式神经记录器/刺激器

• 批准号: 557252-2020
• 负责人: Fontaine, Réjean
• 金额: $ 10.01万
• 依托单位: Université de Sherbrooke
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Alliance Grants
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2021-01-01 至 2022-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=719612
• 关键词: Distributed; Neural; Recorder; Stimulator; Epilepsy

The potential of neurostimulation to improve quality of life is now well established with examples such as Pacemakers (cardiac arrhythmia), cochlear implants (deafness), deep brain stimulators (Parkinson's treatment) and chronic pain. The global medical neuromodulation market is set to reach $10B by 2024.Epilepsy, characterized by abnormal and excessive brain activity which can lead to violent seizures, affects between 0.5-1% of the population (2.5 M people in United States, ~225k in Canada). As much as 30% of epilepsy patients suffer from intractable drug-resistant epilepsy and can benefit from neurostimulation. Recent research demonstrated seizure forecasting within 24 hours of occurrence, giving the opportunity for seizure mitigative measures and adjustment of activities. However, long-term neural recording/stimulation at multiple cortical targets is still challenging. Among the most challenging aspects of such an implantable device is the acquisition and transmission of data simultaneously from thousands of electrodes distributed at different cortical sites within a practical and clinically safe power budget. This project seeks to develop an application specific integrated circuit (ASIC) targeting epilepsy that will enable neurorecording/stimulation devices with single-neuron resolution, on-chip spike characterization (amplitude and shape) and stimulus pulse shaping, while wirelessly transmitting the compressed data using an algebraic coding scheme. The target implant for this device comprises four ASICS, implanted in the brain at cortical sites suitable for seizure prediction. These ASICs are wired to a central wireless communication hub that transmits the compressed information to an external computer worn by the patient. Unlike other epilepsy recorders limited to few tens of electrodes distributed on an area of few mm2, each integrated circuit is <1 mm2, and will simultaneously records spikes from 1600 channels at a 20 µm pitch. In collaboration with our commercial partners we are creating the first synchronized and distributed 6400-electrode neurorecorder/stimulator system suitable for safe, life-long implantation.This project is conducted in collaboration with Gezell (Gatineau, Canada), the University of Melbourne (Australia) and their industrial partner Carbon Cybernetics Inc. (Melbourne, Australia), who are pioneering very high resolution, 100% biocompatible electrode technology, ultrananocrystalline diamond enclosures and epilepsy prediction algorithms. This partnership perfectly complements our teams composed of the Université de Sherbrooke (Sherbrooke, Canada) and Gezell inc. (Gatineau, Canada) with expertise in microelectronics and product development.#(cr)#(lf)Le potentiel de la neurostimulation pour améliorer la qualité de vie est désormais bien établi avec des exemples tels que le stimulateur cardiaque, l'implant cochléaire, le stimulateur cérébral profond (ex. Parkinson) et la douleur chronique. Le marché mondial de la neuromodulation devrait atteindre 10 G$ d'ici 2024.L'épilepsie, caractérisée par une activité cérébrale anormale et excessive, peut entraîner des crises violentes et touche entre 0,5 et 1% de la population (2,5 millions de personnes aux États-Unis, ~ 225 000 au Canada). Environ 30% des patients épileptiques souffrent d'épilepsie réfractaire aux médicaments et bénéficierait de la neurostimulation. Des recherches récentes démontrent la capacité de prévoir les crises 24 heure à l'avance, donnant la possibilité au patient de prendre des mesures d'atténuation. Cependant, l'enregistrement neuronale à long terme comporte des défis de taille dont l'acquisition simultanée l'activité neuronale sur des milliers d'électrodes réparties sur de multiples sites et la transmission de l'information sans fils tout en respectant des limites sécuritaires au niveau de la consommation énergétique. Ce projet vise à développer un système électronique composé de circuits intégrés à application spécifique (ASIC) effectu

神经刺激改善生活质量的潜力现已得到充分证实，例如起搏器（心律失常）、人工耳蜗（耳聋）、深部脑刺激器（帕金森氏症治疗）和慢性疼痛。全球医疗神经调节市场预计将达到 10 美元。到 2024 年 B 期。癫痫病的特点是异常和过度的大脑活动，可导致剧烈癫痫发作，影响 0.5-1% 的人口（美国有 250 万人，加拿大约有 22.5 万人），多达 30% 的癫痫患者患有顽固性耐药性癫痫，最近的研究表明，神经刺激可以在癫痫发作后 24 小时内进行预测，从而为癫痫发作提供了机会。然而，这种可植入设备最具挑战性的方面是同时采集和传输数据。该项目旨在开发一种针对癫痫的专用集成电路（ASIC），该电路将实现具有单神经元分辨率、片上尖峰的神经记录/刺激设备。该设备的目标植入物包括四个 ASICS，植入大脑中适合癫痫发作的皮质部位。这些 ASIC 连接到一个中央无线通信集线器，该集线器将压缩信息传输到患者佩戴的外部计算机，与其他仅限于分布在几平方毫米面积上的数十个电极的癫痫记录器不同。 <1 mm2，并将以 20 µm 节距同时记录 1600 个通道的尖峰，我们正在与商业合作伙伴合作创建第一个同步分布式 6400 电极神经记录器/刺激器。适合安全、终生植入的系统。该项目是与 Gezell（加拿大加蒂诺）、墨尔本大学（澳大利亚）及其工业合作伙伴 Carbon Cyber​​netics Inc.（澳大利亚墨尔本）合作进行的，他们在分辨率、100% 生物相容性电极技术、超纳米晶金刚石外壳和癫痫预测算法，这种伙伴关系完美补充了我们由舍布鲁克大学（舍布鲁克，加拿大）和 Gezell inc.（加拿大加蒂诺）拥有微电子和产品开发方面的专业知识。#(cr)#(lf) , l'implant cochléaire, lestimur cérébral profond（例如帕金森病） et la douleur chronique. Le Marché mondial de la Neuromodulation devrait atteindre 10 G$ d'ici 2024. 人口（250 万人） 30% 的癫痫患者可通过药物治疗并受益于神经刺激。患者可采取预防措施，但无需提供任何信息。尊重能源安全方面的限制。