Title 人工シナプス用多チャンネル膜電位固定LSIの実現Sub Title Design of multichannel LSI system for artificial synapse based on whole cell voltage clamp

methodAuthor 中野, 誠彦(Nakano, Nobuhiko)

樫村, 吉晃(Kashimura, Yoshiaki)Publisher

Publication year 2017Jtitle 科学研究費補助金研究成果報告書 (2016. )

JaLC DOIAbstract 本研究では神経細胞と直接やりとりを行う人工シナプス実現に向けてLSI設計を行った。膜電位固

定法と呼ばれる手法を再現しており, 細胞のイオンチャネルを通過する電流を取得するものである。高倍率の電流電圧変換器を設計し高抵抗を標準CMOSプロセスを用いてチップ上に作成し信号取得に必要な周波数帯域を確保しながら低雑音かつ高増幅率を実現した。さらにシステムを多チャネル化し5mm角チップに16チャネルシステムを実装した。In this study, we designed LSI for realizing artificial synapse which communicate directly withnerve cells. It reproduces the method called whole cell voltage clamp method and acquires thecurrent passing through the ion channel of the cell. LSI chip was designed with highmagnification current to voltage converter using high resistance on the chip by standard CMOSprocess to realize low noise and high amplification ratio while realize the frequency bandwidthrequired for signal acquisition. The 16-channel system was implemented on 5 mm x 5 mm sizechip.

Notes 研究種目 : 基盤研究(C)(一般)研究期間 : 2014～2016課題番号 : 26420318研究分野 : 集積回路設計

Genre Research PaperURL https://koara.lib.keio.ac.jp/xoonips/modules/xoonips/detail.php?koara_id=KAKEN_26420318seika

慶應義塾大学学術情報リポジトリ(KOARA)に掲載されているコンテンツの著作権は、それぞれの著作者、学会または出版社/発行者に帰属し、その権利は著作権法によって保護されています。引用にあたっては、著作権法を遵守してご利用ください。

The copyrights of content available on the KeiO Associated Repository of Academic resources (KOARA) belong to the respective authors, academic societies, orpublishers/issuers, and these rights are protected by the Japanese Copyright Act. When quoting the content, please follow the Japanese copyright act.

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

科学研究費助成事業　　研究成果報告書

様　式　Ｃ－１９、Ｆ－１９－１、Ｚ－１９ （共通）

機関番号：

研究種目：

課題番号：

研究課題名（和文）

研究代表者

研究課題名（英文）

交付決定額（研究期間全体）：（直接経費）

３２６１２

基盤研究(C)（一般）

2016～2014

人工シナプス用多チャンネル膜電位固定LSIの実現

Design of multichannel LSI system for artificial synapse based on whole cell voltage clamp method

４０２８６６３８研究者番号：

中野　誠彦（NAKANO, NOBUHIKO）

慶應義塾大学・理工学部（矢上）・准教授

研究期間：

２６４２０３１８

平成 年 月 日現在２９ ５ ２９

円 3,800,000

研究成果の概要（和文）：本研究では神経細胞と直接やりとりを行う人工シナプス実現に向けてLSI設計を行った。膜電位固定法と呼ばれる手法を再現しており、細胞のイオンチャネルを通過する電流を取得するものである。高倍率の電流電圧変換器を設計し高抵抗を標準CMOSプロセスを用いてチップ上に作成し信号取得に必要な周波数帯域を確保しながら低雑音かつ高増幅率を実現した。さらにシステムを多チャネル化し5mm角チップに１６チャネルシステムを実装した。

研究成果の概要（英文）：In this study, we designed LSI for realizing artificial synapse which communicate directly with nerve cells. It reproduces the method called whole cell voltage clamp method and acquires the current passing through the ion channel of the cell. LSI chip was designed with high magnification current to voltage converter using high resistance on the chip by standard CMOS process to realize low noise and high amplification ratio while realize the frequency bandwidth required for signal acquisition. The 16-channel system was implemented on 5 mm x 5 mm size chip.

研究分野： 集積回路設計

キーワード： 電子デバイス・機器　集積回路設計　ブレインマシンインターフェース　パッチクランプ法　膜電位固定法　電流電圧変換回路

２版

k k k

BMI

p o l tk k

BMI u plBMI k

k uo ukzk

pu o lBMI

uo kuo l

kk u pz

t u p l tu k k

o kz o l k

o k pqo k zu lz p

u o ukz

zz u pl k

z u v kv

v z v r l

BMI LSI

ko p

l kzq uv z k

qLSI

lz LSI ku

ku

l

u

s k kp l

ou

k uk o

ol u

u zu k Ω u

l k sko p

qz u vk

u l kq

LSI zu l

k

zkz p

l

qlz

lzμp u v uk

p lo

q uo r p lz k

up pq

l u k o

u o rkv p CMOS

q uo l

qA9 o k

v kA9

z kz o l

A9

z o lsz s k

.aR 3 A pp uk

LSI

u p t lz k

lpsp p z

uo l t u k k

vwu pkz

w uo l k

uo lk B1 p

lz k to l t u k

u o kz r

uo l z

z l l

A9o l

×u

u w lk o

u o lvw z v

t o uk ul u

u v w lz r u

lk p

q k A9t k k

r ul

uql z

×l

k

o lu

lo ukzuk

v p uo l zp

l zu v o l

vw z u

uk vw z vy ql k u

z u t l k

z t

zk b

lz kkp 3 A

z tu p l

z vw k

l

(4 U #

l

o l p

q a / aRo l

,RR( o l.U6 o l

l8 u l

z rw u

plP8 z u

v l

l8 t P8 sp .,U1 R

( /U1 R.U1 R r p

l

l

A9

ku k

71× 143

6 u p lk

kzk k

kp lz u ,HM

RR RRl - l

RR RR

p u ku

lz A9 uk ×

v q l71

r q s k 6r

p l p o lz× s

z kk143

zu l

o ko l

p qA9

l

vuoy lzz

p t

vuvu lz p k 6

K6 v qs k 8

p l t u kzq o l

z k×

k tl

l U1 t S1p z l k

s ku p z

lzA9

l

k

m n 1 b 8N TPN E BAC41 YINFS 93 49 CA F FMN T

:C2 BF T : A1:1 TG MNPT 1:13TRU S FYNTS B HMSNV KT 3 SY#YT#DT YFL3TS Y KT A9 FYHM 3 FRU A Y R C NSL8NLM N YN 6 IGFHP 95935 B FS6 SIFR SYF TK HY TSNH HTRR SNHFYNTSFSI HTRU Y AHN SH k5//#1 ( , ) #)/

4 90 .- Y FS K S 5// 1 ) m n 12 b k k k k

kA9k

kk

c F FMN T : GT BF T :T FPF BFPFST N N F FPN:TYF 9YT TG MNPT 1:1 DF NFG 6 V SH3MF FHY N YNH YN#3MFSS S#3MNU FYHM#3 FRU A Y R C NSL . a R 3 A B HMST TLBM ( , 9SY SFYNTSF A RUT N R TS 9SY NL SYANLSF TH NSL FSI 3TRR SNHFYNTS A Y R

k

d k k kk k k

s k6 k

k

e F FMN T : GT 8N TPN ETY IF BF T :T FPFTG MNPT 1:1 1 4 NLS TK B FS NRU IFSH1RU NKN C NSL B1 F F 6 IGFHP N YT KTFYHM#3 FRU F R SY A Y R BM (9SY SFYNTSF A RUT N R TS 9SY NL SY ANLSFTH NSL FSI 3TRR SNHFYNTS A Y R

kf TG MNPT 1:1 1 I NLS TK R YN HMFSS

S F HT INSL T #STN T #UT FRU NKN BM ,YM 9SY SFYNTSF 3TSK SH TS 9SY L FY I3N H NY 4 NLS FSI D NKNHFYNTS

kg k k k

kkA9k

kh 8N TPN ETY IF BFP F :F F MNRF

TG MNPT 1:1 1 4 NLS TK 9#D 3TS Y KTF R SY TK 9TS 3 SY NS 1SF NSL NUNI

2N F RG FS ( 9SY SFYNTSF 3TSK SHTS 1SF TL D A9 3N H NY k

i kA9 k

(- kk μ

j k k k9#D k

6 kk

m n×

MYYU0 SFP H P NT FH OU F HMYM R MYR 2 9

1:1 TG MNPT

(.,,).

(

)

:1A89 C 1 ET MNFPNBB

/ )/)-