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Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Ansteuern von Elektroden. Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen einer elektrischen Größe. Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Ansteuerung und Beschaltung einer Elektrodenmatrix im Zeitmultiplex mit einer erhöhten raumartigen (spatialen) Auflösung.
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Für die Stimulation von Sinnesnerven, z. B. für die Prothetik am erblindeten Auge, werden beispielsweise Elektrodenmatrizen verwendet, um eine räumlich aufgelöste Stimulation darzustellen und damit Sinneseindrücke hervorzurufen. Es ist zu erwarten, dass eine verbesserte räumliche Auflösung der Stimulation auch eine Verbesserung der Qualität der Sinneseindrücke nach sich zieht. Eine solche Verbesserung der räumlichen Auflösung und damit verbundene verbesserte Sinneseindrücke erfordert jedoch üblicherweise eine weitere Verkleinerung der Elektrodenabmessungen bzw. der Elektrodenabstände. Für diesen Weg bedarf es einer weiteren technologischen Weiterentwicklung der entsprechenden Herstellungstechnologien. Durch die Zunahme der Verbindungsleitungen ist ebenfalls eine entsprechend komplexere Aufbau- und Verbindungstechnik zu erwarten.
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Bei konventionellen Elektrodenmatrizen (Anordnung von Elektroden beispielsweise als ein Elektrodenfeld, das auch als Elektroden-Arrays bezeichnet wird) werden typischerweise die Elektroden einzeln oder gegen eine globale Gegenelektrode geschaltet, so dass sich eine unipolare Anordnung ergibt. Alternativ sind einzelne Elektrodenpaare gegeneinander geschaltet, so dass sich eine bipolare Anordnung ergibt. Bei der unipolaren Anordnung erfolgt typischerweise eine Anregung in der Nähe der einzelnen Elektrode, über die das Anregungssignal eingespeist wird, währenddessen bei der bipolaren Anordnung eine Anregung zwischen den Elektroden der einzelnen Elektrodenpaare (beispielsweise in der Mitte) erfolgt. Im Allgemeinen werden dabei nicht alle Elektroden gleichzeitig stimuliert, sondern es wird ein Zeitmultiplex beispielsweise von einer Stromquelle auf mehrere Elektroden verteilt. In Maurits Ortmanns et al.: „A 232-Channel Epiretinal Stimulator ASIC”, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 42, No. 12, December 2007, pp. 2946–2959 ist ein epiretinaler Stimulator mit 232 Kanälen mit einer bipolaren Stimulation beschrieben.
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Die erreichbare Auflösung bei der Anregung von Regionen ist bei einer unipolaren Anregung einerseits gleich der Anzahl der verwendeten Elektroden, da jede Elektrode unabhängig voneinander angesteuert und somit die entsprechende Region um die Elektrode angeregt werden kann. Andererseits entspricht die Auflösung bei einer bipolaren Elektrodenansteuerung gleich der Hälfte der Elektroden, da jeweils zwei Elektroden erforderlich sind, um ein Gebiet zwischen den Elektroden, anzuregen. Die Anzahl der verwendeten Elektroden, die beispielsweise bei der Prothetik am erblindeten Auge verwendet werden können, ist jedoch sehr begrenzt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht der Wunsch, für eine gegebene Anzahl von Elektroden oder für eine gegebene Anordnung von Elektroden eine Auflösung zu erreichen, die über der Anzahl der Elektroden liegt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
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Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung basieren auf dem Kerngedanken, dass durch eine geeignete Ansteuerung der Elektroden eine Anzahl an verfügbaren Stimulations- oder Messorten über die Anzahl der Elektroden erhöht werden kann. So ist es möglich, aufgrund der Umschaltung zwischen der unipolaren Ansteuerung der Elektroden und der bipolaren Ansteuerung der Elektroden möglich, die gleichen Elektroden sowohl für die unipolare Anregung als auch für die bipolare Anregung heranzuziehen. Somit ist es durch die genannte Art der Erzeugung der Ansteuersignale die Möglichkeit der beiden Ansteuerkonzepte in effizienter Weise zu verbinden.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung kann die Ansteuerung der Elektroden unipolar erfolgen, wenn eine Region um eine gegebene Elektrode angeregt werden soll, und bipolar erfolgen, wenn eine Region zwischen zwei benachbarten Elektroden angeregt werden soll. Dadurch ist es möglich, dass nicht nur die Regionen um die einzelnen Elektroden herum anregbar sind, sondern dass ebenfalls Zwischenräume zwischen den Elektroden separat und gezielt angeregt werden können. Dazu kann die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise zwischen der unipolaren und bipolaren Anregung in Abhängigkeit von der Position der anzuregenden Region nach Bedarf umschalten.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen somit eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Anordnung von Elektroden, die eine Einrichtung zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Elektrodenanregungssignalen aufweist, wobei die Einrichtung zum Bereitstellen der Mehrzahl von Anregungssignalen umschaltbar ist, um in umschaltbarer Weise ein Elektrodenanregungssignal zur unipolaren Anregung oder ein Elektrodenanregungssignal zur bipolaren Anregung bereitzustellen.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen ebenfalls ein Verfahren zum Ansteuern von Elektroden, wobei das erfindungsgemäße Verfahren ein Bereitstellen einer Mehrzahl von Elektrodenanregungssignalen umfasst und ein Schalten zwischen Elektrodenanregungssignalen zur unipolaren Anregung und Elektrodenanregungssignalen zur bipolaren Anregung umfasst.
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Prinzipiell kann das Verfahren anstelle zur Stimulation oder Anregung auch zur Messung von lokalen Spannungen oder Strömen und daraus abgeleiteter physikalischer Parameter verwendet werden, wobei erfindungsgemäß die Messung sowohl unipolar als auch bipolar (umschaltbar) erfolgen kann, so dass auch bei dieser Anwendung für eine gegebene Anzahl von Elektroden das Ausschöpfen einer maximalen Auflösung erreicht wird. Eine Messung kann beispielsweise auch zusammen mit einer Stimulation durchgeführt werden.
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Bei diesem Verfahren zum Messen einer physikalischen Größe, wie beispielsweise einer Spannung oder eines elektrischen Stromes, wird eine unipolare Verschaltung der Elektroden genutzt, um beispielsweise die lokale Spannung (das lokale elektrische Potential) in einer bestimmten Region um eine Elektrode zu messen, währenddessen die bipolare Verschaltung der Elektroden genutzt werden kann, um einen Potentialabfall in eine bestimmte Richtung oder zwischen zwei Elektroden oder beispielsweise einen lokalen Potentialgradienten zu messen.
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Einige Ausführungsbeispiele umfassen zwei Teile bzw. zwei Aspekte:
- (1) Elektrodenansteuerung und
- (2) Organisation der Multiplexer für Anregungs- und eventuell Messschaltung.
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Zunächst soll die Elektrodenansteuerung beschrieben werden.
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In einer möglichen Realisierung weist die Elektrodenmatrix beispielsweise rechtwinklig angeordnete vertikalen Zeilen und horizontale Reihen von Elektroden auf, so dass sich beispielsweise quadratische Elemente von je 2 × 2 Elektroden ergeben. Diese Elektroden werden auch als Kernelektroden des Elements bezeichnet. Jedes dieser Elemente hat beispielsweise einen Überlappungsbereich von einer Elektrode Breite in vertikaler Richtung und einer Elektrode Tiefe in horizontaler Richtung.
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Mit den so definierten Elementen kann die Stimulation und/oder Messung auf vier unterschiedliche Arten erfolgen:
- (a) bipolar zwischen je zwei horizontal nebeneinander liegenden Elektroden,
- (b) bipolar zwischen je zwei vertikal nebeneinander angeordneten Elektroden,
- (c) bipolar zwischen je zwei diagonal nebeneinander angeordneten Elektroden, und
- (d) unipolar zwischen einer der vier Kernelektroden und einer entfernt platzierten gemeinsamen Gegenelektrode.
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Dies sind insgesamt 16 Stimulationswege und/oder Messstrecken innerhalb eines durch den Überlappungsbereich erweiterten Elements und können in beliebiger Reihenfolge nacheinander im Zeitmultiplex verwendet werden. Im Allgemeinen ist allerdings eine parallele Anregung aller zur Verfügung stehender Stimulationswege zur gleichen Zeit nicht möglich.
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Die mit diesen Wegen verbundenen Strompfade erfassen beispielsweise:
- (i) den Bereich zwischen je zwei horizontal nebeneinander liegenden Elektroden,
- (ii) den Bereich zwischen je zwei vertikal nebeneinander liegenden Elektroden,
- (iii) den Bereich zwischen je zwei diagonal nebeneinander liegenden Elektroden und
- (iv) den Bereich unter den vier Kernelektroden oder in einer Umgebung der vier Kernelektroden.
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Diese 16 Bereiche unterteilen das quadratische Element in 4 × 4 Stimulations- oder Messbereiche, so dass mit einer Elektrodenmatrix von 2N-Elektroden in einer Reihe und 2M-Elektroden in einer Spalte eine Auflösung von (4N – 1)·(4M – 1) erreicht werden kann (M, N = 1, 2, 3, ...).
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Für den Fall einer ungeraden Anzahl von 2N + 1 von Elektroden in einer Spalte ist eine lineare Auflösung von 4N + 1-Bereiche möglich. In gleicher Weise ist eine lineare Auflösung von 4M + 1-Bereiche erreichbar, wenn in einer Zeile eine ungerade Zahl von 2M + 1 von Elektroden vorhanden sind. Damit ergibt sich für ein Array von P × Q Elektroden eine Auflösung von (2P + 1) × (2Q + 1) (P, Q = 0, 1, 2, 3, ...).
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Neben der geschilderten Realisierung mit quadratischen Elementen aus 2 × 2 Kernelektroden können auch andere, größere oder unregelmäßig geformte Grundelemente genutzt werden (beispielsweise in Form von Dreiecken oder Sechsecken oder anderen Vielecken).
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Die Gegenelektrode, die bei der unipolaren Anregung verwendet wird, kann auch dadurch gebildet werden, dass alle oder eine Teilmenge der nicht zur Stimulation und/oder Messung verwendeten Elektroden eine verteilte Gegenelektrode bilden.
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Die zu einem Zeitpunkt zur Stimulation und/oder Messung benutzten Elektroden (unipolar) oder Elektrodenpaare (bipolar) werden auch als aktive Elektrode oder aktive Elektrodenpaare bezeichnet. In den soweit aufgezählten Fällen kann eine Reduktion der gegenseitigen Beeinflussung von simultan ablaufenden Stimulationen und/oder Messungen dadurch erfolgen, dass jede aktive Elektrode (oder aktives Elektrodenpaar) mit inaktiven Elektroden umgeben wird. Bei einer unipolaren Anregung können diese als Gegenelektrode geschaltet sein, und im bipolaren Fall auf eine Mittenspannung aller Elektrodenpaare gelegt werden. Auf diese Weise ist eine Parallelisierung von Stimulationen und/oder Messungen möglich.
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Der Abstand zwischen zwei aktiven Elektroden oder Elektrodenpaaren kann dabei durch eine oder mehrere inaktive Elektroden gebildet werden. Die Anzahl der inaktiven Elektroden oder Elektrodenpaare kann beispielsweise von dem zu stimulierenden Medium, der Messmethode oder auch der Genauigkeitsanforderungen abhängen.
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Es ist ebenfalls möglich, die Elektroden-Ansteuerung aus mehreren Modulen aufzubauen, wobei die Module beispielsweise integrierte Schaltungen aufweisen können, und in einem Modul ein oder mehrere zusammenhängende, beispielsweise quadratische, Elemente zusammengefasst sein können. Bei dieser modularen Aufbauweise können neben den Anschlüssen für die Kernelektroden der einzelnen Elemente noch eine Spalte an Anschlüssen für die horizontalen Erweiterungselektroden und eine Zeile von Anschlüssen für die vertikalen Erweiterungselektroden vorgesehen sein. Diese Anschlüsse für die Erweiterungselektroden bleiben elektrisch neutral (hochohmig), wenn sie nicht angesteuert werden. Sie werden mit den entsprechenden Anschlüssen des jeweils nächsten Nachbarmoduls und damit der physikalischen Elektrode direkt verbunden. Für die Erweiterungselektroden an den äußersten Rändern der Elektrodenmatrix können eigene physikalische Elektroden vorgesehen sein.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung der Ansteuervorrichtung für Elektroden gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2: eine Veranschaulichung für eine erreichbare Verbesserung der Auflösung;
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3: eine schematische Darstellung einer Elektrodenansteuerung mit vier Elementen mit je vier Elektroden;
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4: eine schematische Darstellung von horizontalen Stimulationswegen und/oder Messstrecken;
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5: eine schematische Darstellung von vertikalen Stimulationswegen und/oder Messstrecken für eines der vier Elemente;
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6: eine schematische Darstellung von diagonalen Stimulationswegen und/oder Messstrecken für eines der vier Elemente;
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7: eine schematische Darstellung von unipolaren Stimulationswegen und/oder Messstrecken für eines der vier Elemente;
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8: eine schematische Darstellung eines modularen Aufbaus unter Verwendung von Anschlüssen für Erweiterungselektroden;
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9A–J: eine schematische Darstellung von Ansteuerkonfigurationen für einen Einzelcluster;
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10A–C: eine schematische Darstellung von unipolaren Ansteuerkonfigurationen für ein Elektrodenarray;
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11A, B: eine schematische Darstellung von bipolar diagonalen Ansteuerkonfigurationen für ein Array von Elektroden;
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12: eine schematische Darstellung einer alternativen bipolar diagonalen Ansteuerkonfiguration für ein Array;
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13A–D: eine schematische Darstellung einer Ansteuerkonfiguration für den rechten oder unteren Rand eines Arrays.
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Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleiche oder gleichwirkende Element gleiche oder ähnliche Bezugszeichen aufweisen und somit die Beschreibung dieser Funktionselemente in den verschiedenen, in den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar sind.
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1 zeigt eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Anordnung 100 von Elektroden, die eine Einrichtung 200 zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Elektrodenanregungssignalen aufweist. Die Einrichtung 200 zum Bereitstellen der Mehrzahl von Anregungssignalen ist dabei umschaltbar, um in umschaltbarer Weise ein Elektrodenanregungssignal zur unipolaren Anregung oder ein Elektrodenanregungssignal zur bipolaren Anregung bereitzustellen. Beispielhaft sind in 1 die Einrichtung 200 zwei Elektrodenanschlüsse für zwei Elektroden gezeigt. Eine erste Elektrode 310a ist über eine erste Verbindungsleitung 210a mit einem ersten Elektrodenanschluss 110a und eine zweite Elektrode 310b ist über eine zweite Verbindungsleitung 210b mit einem zweiten Elektrodenanschluss 110b verbunden.
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Die bereitgestellten Anregungssignale von der Einrichtung 200 bewirken beispielsweise, dass sich zwischen der ersten Elektrode 310a und der zweiten Elektrode 310b bei bipolarer Anregung ein Strom I herausbildet, der beispielsweise zu einer Anregung einer Zwischenregion R1 führt. Bei einer Umschaltung zur unipolaren Anregung liefert die Einrichtung 200 beispielsweise ein Signal über die erste Verbindungsleitung 210a an die erste Elektrode 310a, wobei umgebende Elektroden (in 1 nicht gezeigt) als Gegenelektroden geschalten sein können, so dass eine Anregung einer Umgebungsregion R2 bei der unipolaren Anregung der ersten Elektrode 310a erfolgt.
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Demzufolge führt die bipolare Anregung zu einer Anregung der Zwischenregion R1, die zwischen zwei benachbarten Elektroden, beispielsweise zwischen der ersten und zweiten Elektrode 310a, b, währenddessen die unipolare Anregung zu einer Anregung der Umgebungsregion R2, in der sich die angeregte Elektrode (die erste Elektrode 310a) befindet, führt. Der Stromverlauf bei der unipolaren Anregung kann beispielsweise in radialer Richtung von der angeregten Elektrode (erste Elektrode 310a) erfolgen und weist somit keine Vorzugsrichtung auf. Bei der bipolaren Anregung weist hingegen der Anregungsstrom I eine Vorzugsrichtung, entlang derer die beiden Elektroden des Elektrodenpaares (d. h. die erste und zweite Elektrode 310a, b) voneinander separiert sind, auf.
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2 gibt eine schematische Darstellung, wie durch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrodenansteuerung eine effektive Erhöhung der Auflösung erreicht werden kann. Die 2 zeigt dazu ein Gitter G, wobei die Gitterpunkte Anregungszentren darstellen, die durch die erfindungsgemäße Elektrodenanregung angeregt werden sollen. Das Gitter G weist dabei vertikale Linien V (V1, V2, ...) und horizontale Linien H (H1, H2, ....) auf. Jedoch sind bei der dargestellten Anordnung lediglich an Schnittpunkten von geraden vertikalen und geraden horizontalen Linien V, H Elektroden ausgebildet (sie können auch an den ungeraden Schnittpunkten ausgebildet sein). Beispielsweise ist die erste Elektrode 310a an dem Schnittpunkt der vierten vertikalen Linie V4 und der vierten horizontalen Linie H4 ausgebildet und die zweite Elektrode 310b an der Schnittlinie der vierten vertikalen Linie V4 und der zweiten horizontalen Linie H2 ausgebildet. Die erste Elektrode 310a wird durch weitere benachbarte Elektroden 310c, 310d, ..., 310k umgeben, wobei jede der benachbarten Elektroden sich erst auf dem übernächsten Gitterplatz befindet.
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Die erfindungsgemäße Ansteuerung der Elektroden regt eine Elektrode auf einen Gitterpunkt unipolar an, sofern sich die Elektrode auf dem anzuregenden Gitterpunkt ausgebildet ist. Sofern jedoch ein Gitterpunkt angeregt werden soll, der sich zwischen zwei mit Elektroden besetzten Gitterpunkten befindet, erfolgt eine bipolare Anregung der beiden benachbarten Elektroden, d. h. jenes Elektrodenpaares bzw. jener Elektroden, auf deren Verbindungslinie sich der anzuregenden Gitterpunkt befindet. Wenn beispielsweise der Gitterpunkt (H3, V4) angeregt werden soll, werden die erste und zweite Elektrode 310a, b bipolar angeregt.
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Das führt zu der besagten Erhöhung der Auflösung, d. h. dass nicht nur die Gitterpunkte, an denen sich die Elektroden befinden, angeregt werden können, sondern dass auch Zwischengebiete zwischen jeweils zwei benachbarten Elektroden anregbar sind. Bei einem Gitter aus P × Q Gitterpunkten (P, Q = 0, 1, 2, 3, ...) kann dadurch eine Auflösung von (2P + 1) × (2Q + 1) erreicht werden, d. h. die Auflösung bzw. wirksame Auflösung wird nahezu vervierfacht.
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3 zeigt eine Elektrodenmatrix aus rechtwinklig angeordneten vertikalen Zeilen und horizontalen Reihen von Anschlüssen für Kernelektroden. Diese Anschlüsse können beispielsweise an der Einrichtung 200 ausgebildet sein (z. B. als Teil eines entsprechenden Chips) oder mit dieser in elektrischer Verbindung stehen. Die Anschlüsse können dann ihrerseits mit den Elektroden, wie in der 1 gezeigt, verbunden sein, oder sind mit diesen verbindbar. In diesem Sinne bewirkt eine Anregung der Anschlüsse eine Anregung der Elektroden. Die Positionen der Elektrodenanschlüsse dienen in den folgenden Figuren lediglich der Veranschaulichung und können auch anders an der Einrichtung 200 angeordnet sein. Wichtig ist jedoch, dass benachbart dargestellte Elektrodenanschlüsse in den Figuren mit benachbarten Elektroden verbunden werden, so dass bipolare Anregungen zwischen benachbarten und nicht zwischen entfernt angeordneten Elektroden erfolgen.
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Ein erstes beispielhaftes quadratisches Element 110 weist einen ersten Elektrodenanschluss 110a, einen zweiten Elektrodenanschluss 110b, einen dritten Elektrodenanschluss 110c und einen vierten Elektrodenanschluss 110d auf. Ein zweites Element 120 weist ebenfalls vier zu einem Quadrat angeordnete Elektrodenanschlüsse auf, wobei ein erster Elektrodenanschluss 120a und ein zweiter Elektrodenanschluss 120b des zweiten Elements 120 an das erste Element 110 angrenzen bzw. dazu benachbart sind. Ferner weist das Ausführungsbeispiel, wie es in 3 gezeigt ist, ein drittes Element 130 und ein viertes Element 140 auf, wobei das dritte Element 130 wiederum vier quadratisch angeordnete Elektroden aufweist: einen ersten Elektrodenanschluss 130a, einen zweiten Elektrodenanschluss 130b, einen dritten Elektrodenanschluss 130c und einen vierten Elektrodenanschluss 130d. In analoger Weise weist das vierte Element 140 ebenfalls vier quadratisch angeordnete Elektrodenanschlüsse auf.
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Die verschiedenen Anregungsarten können beispielhaft für das erste Element 110 wie folgt beschrieben werden. Bei der unipolaren Anregung werden die vier Elektrodenanschlüsse 110a, b, c, d separat angesteuert, wobei beispielsweise in einem Zyklus jeweils nur eines der vier Elektrodenanschlüsse angesteuert bzw. aktiviert wird. Bei der bipolaren Anregung wird zwischen der horizontalen Anregung, der vertikalen Anregung und der diagonalen Anregung unterschieden, wobei bei der horizontalen Anregung zwei horizontal benachbarte Elektrodenanschlüsse (bzw. zwei Elektrodenanschlüsse für horizontal benachbarten Elektroden) angeregt werden und bei der vertikalen Anregung zwei vertikal zueinander angeordnete Elektrodenanschlüsse (bzw. zwei Elektrodenanschlüsse für vertikal benachbarte Elektroden) angeregt werden. In analoger Weise werden bei einer diagonalen Anregung zwei diagonal benachbarte Elektrodenanschlüsse (bzw. zwei Elektrodenanschlüsse für diagonal benachbarte Elektroden) angeregt.
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Beispielsweise können bei der horizontalen Anregung der erste Elektrodenanschluss 110a und der vierte Elektrodenanschluss 110d derart angeregt werden, dass zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 110a und dem vierten Elektrodenanschluss 110d ein Stromfluss ausgebildet wird. Dazu kann beispielsweise der erste Elektrodenanschluss 110a mit einer positiven Stromquelle und der vierte Elektrodenanschluss 110d mit einer negativen Stromquelle verbunden werden. In ähnlicher Weise kann auch der zweite Elektrodenanschluss 110b und der dritte Elektrodenanschluss 110d bipolar horizontal angeregt werden.
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Es ist ebenfalls möglich, dass ein Elektrodenanschluss des ersten Elements 110 und ein Elektrodenanschluss des zweiten Elements 120 gemeinsam angeregt werden – beispielsweise durch eine bipolare Anregung des dritten Elektrodenanschlusses 110c des ersten Elements 110 und des zweiten Elektrodenanschlusses 120b des zweiten Elements 120. Bezüglich des ersten Elements 110 der 3 ergeben sich zwischen den einzelnen Elektrodenanschlüssen die folgenden bipolar horizontalen Anregungen: 110a–110d, 110b–110c, 110c–120b, 110d–120a. In analoger Weise ergeben sich für die Elektrodenanschlüsse die folgenden bipolare vertikale Anregungen: 110b–110a, 110a–130b, 110c–110d, 110d–130c. Für die bipolaren diagonalen Anregungen zwischen den Elektrodenanschlüssen ergeben sich schließlich die folgenden Möglichkeiten: 110a–110c, 110d–120b, 130b–110d und 130c–120a.
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Das beschriebene Schema kann entsprechend fortgesetzt werden, wenn Anregungen weiterer Elemente oder Elektrodenanschlusse innerhalb weiterer benachbarter Elemente erfolgen sollen.
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4A–D zeigen detaillierte schematische Darstellungen der horizontalen Stimulationswege und/oder Messstrecken. 4A zeigt eine bipolare horizontale Anregung zwischen dem zweiten Elektrodenanschluss 110b und dem dritten Elektrodenanschluss 110c des ersten Elements 110, 4B zeigt eine bipolare horizontale bipolare Anregung zwischen dem dritten Elektrodenanschluss 110c des ersten Elements 110 und der zweiten Elektrodenanschluss 120b des zweiten Elements 120. 4C zeigt eine bipolar horizontale Anregung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 110a und dem vierten Elektrodenanschluss 110d des ersten Elements 110, und schließlich zeigt 4D eine bipolar horizontale Anregung zwischen dem vierten Elektrodenanschluss 110d des ersten Elements 110 und dem ersten Elektrodenanschluss 120a des zweiten Elements 120.
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In den schematischen Darstellungen der 5A–D sind die entsprechend bipolar vertikalen Anregungswege und/oder Messstrecken im Detail gezeigt. In 5A erfolgt eine bipolar vertikale Anregung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 110a und dem zweiten Elektrodenanschluss 110b des ersten Elements 110. In 5B ist eine bipolar vertikale Anregung zwischen dem dritten und vierten Elektrodenanschluss 110c, d des ersten Elements 110 gezeigt. In 5C ist eine vertikal bipolare Anregung zwischen der ersten Elektrodenanschluss 110a des ersten Elements 110 und der zweiten Elektrodenanschluss 130b des dritten Elements 130 gezeigt. In 5D ist eine bipolar vertikale Anregung zwischen dem vierten Elektrodenanschluss 110d des ersten Elements 110 und dem dritten Elektrodenanschluss 130c des dritten Elements 130 gezeigt.
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Die schematischen Darstellungen der 6A–D zeigen die entsprechend bipolar diagonalen Anregungswege bezüglich des ersten Elements 110. Im Detail zeigt 6A eine bipolar diagonale Anregung zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 110a und dem dritten Elektrodenanschluss 110c des ersten Elements 110. 6B zeigt eine bipolar diagonale Anregung zwischen dem vierten Elektrodenanschluss 110d des ersten Elements 110 und dem zweiten Elektrodenanschluss 120b des zweiten Elements 120. 6C zeigt eine diagonal bipolare Anregung zwischen dem zweiten Elektrodenanschluss 130b des dritten Elements 130 und dem vierten Elektrodenanschluss 110d des ersten Elements 110. Schließlich zeigt 6D eine bipolar diagonale Anregung zwischen dem dritten Elektrodenanschluss 130c des dritten Elements 130 und dem ersten Elektrodenanschluss 120a des zweiten Elements 120.
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Die 7A–D zeigen ein Ausführungsbeispiel für unipolare Anregungen der Elektroden des ersten Elements 110. 7A zeigt eine unipolare Anregung des zweiten Elektrodenanschlusses 110b. 7B zeigt eine unipolare Anregung des dritten Elektrodenanschlusses 110c des ersten Elements 110. 7C zeigt eine unipolare Anregung des ersten Elektrodenanschlusses 110a des ersten Elements 110 und 7D zeigt eine unipolare Anregung des vierten Elektrodenanschlusses 110D des ersten Elements 110.
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Bei den Darstellungen in den 3 bis 8 ist zu beachten, dass die schraffiert dargestellten Punkte jeweils Anschlüsse für Elektroden darstellen – nicht jedoch direkt die Elektroden. Das heißt, jeder der Anschlüsse kann mit einer Elektrode der Elektrodenanordnung verbunden werden, wobei eine räumliche Anordnung der Elektroden beispielsweise der beschriebenen räumlichen Anordnung der Anschlüsse entsprechen kann.
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8 veranschaulicht das modulare Konzept, bei dem mehrere Module zusammengeschaltet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel in 8 ist ein erstes Modul 410 mit einem zweiten Modul 420, einem dritten Modul 430 und einem vierten Modul 440 zusammengeschaltet. Jedes dieser vier Module weist bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils vier Elemente auf, d. h. das erste Modul 410 weist das erste Element 110, das zweite Element 120, das dritte Element 130 und das vierte Element 140 auf, wobei jedes dieser vier Elemente 110, 120, 130 und 140 jeweils vier Elektrodenanschlüsse aufweist, die wiederum beispielsweise quadratisch in einer 2 × 2-Anordnung angeordnet sind. Neben den Anschlüssen für die Kernelektroden in den Elementen weist jedes der Module (bzw. eines oder mehrere der Module) eine zusätzliche Spalte von Anschlüssen für horizontale Erweiterungselektroden 412 und eine Zeile von Anschlüssen für vertikale Erweiterungselektroden 414 auf. Diese Anschlüsse für die Erweiterungselektroden bleiben entweder elektrisch neutral (hochohmig), wenn sie nicht angesteuert werden, oder sind mit Anschlüssen der jeweils benachbarten Module elektrisch verbunden, z. B. durch die elektrischen Verbindungen 413a und 415a. Die elektrische Verbindung 413a verbinden dabei die horizontalen Erweiterungselektrodenanschlüsse 412a des ersten Moduls 410 mit benachbarten Elektrodenanschlüsse des zweiten Moduls 410b. Ferner verbinden vertikale elektrische Verbindungen 415a die vertikalen Erweiterungselektrodenanschlüsse 414a des ersten Moduls 410a mit benachbarten Elektrodenanschlüssen des dritten Moduls 410c.
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Für die Erweiterungselektrodenanschlüsse an den äußersten Rändern der Elektrodenmatrix, d. h. bei der in 8 dargestellten Anordnung die horizontalen Erweiterungselektrodenanschlüsse 412b, d und die vertikalen Erweiterungselektrodenanschlüsse 414d, c, werden bei einigen Ausführungsbeispielen beispielsweise eigene physikalische Elektroden vorgesehen.
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Die elektrische Verbindung 413, 415 der Anschlüsse für die Erweiterungselektroden zu den Anschlüssen der benachbarten Module kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Module, die beispielsweise als Chip ausgelegt sein können, ineinander geschoben werden und dadurch die elektrische Verbindung hergestellt wird. Wichtig ist jedoch, dass die Ansteuerung der Anschlüsse für die Erweiterungselektroden jeweils nur von einem Modul aus geschieht, d. h. wenn die Erweiterungselektrodenanschlüsse eines Moduls angesteuert werden, so wird das benachbarte Modul die entsprechenden Anschlüsse, die mit den Erweiterungselektroden verbunden werden, nicht ansteuern bzw. hochohmig schalten. Damit wird die Kontrolle über die Anschlüsse (zumindest zu einem Zeitpunkt) jeweils nur von einem Modul aus geschehen.
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Die 9 bis 13 geben weitere Veranschaulichungen für das modulare Erweiterungskonzept, wobei jeweils ein aktiver Anschluss durch ein „x”, ein hochohmig geschalteter Anschluss durch ein „o” gekennzeichnet ist und ansonsten der entsprechende Anschluss beispielsweise auf einem Mittenpotenzial liegen kann.
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Die 9A–J zeigen die verschiedenen unipolaren und bipolaren Ansteuerungen bzw. Ansteuerzustände eines beispielhaften Elements 110, welches modular mit anderen gleichen Elementen zusammengeschaltet werden kann oder Teil einer modularen Anordnung ist.
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In 9A sind zunächst die vier möglichen unipolaren Anregungen bzw. Anregungszustände des Elements 110, das vier quadratisch dargestellte Elektrodenanschlüsse aufweist, gezeigt. An einer ersten Seite (z. B. auf der rechten Seite) sind Anschlüsse für horizontale Erweiterungselektroden 412 vorgesehen und an einer zweiten Seite (z. B. auf der unteren Seite) sind jeweils Anschlüsse für vertikale Erweiterungselektroden 414 vorgesehen.
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In 9B, C sind die möglichen bipolar horizontalen Anregungen bzw. Anregungszustände (s. auch 4) gezeigt, wobei zusätzlich zu den in der 4 gezeigten Anregungen auch die Möglichkeiten angegeben sind, bei denen der zweite Elektrodenanschluss 110b oder der erste Elektrodenanschluss 110a hochohmig geschaltet sind. Wie in der 4 auch werden bei der bipolaren Anregung die aktiven Anschlüsse (oder Elektroden) gegenpolig geschaltet. Zum Beispiel zeigt 9B links eine bipolare Anregung an zwei Anschlüssen eines Elements und in der Mitte ist eine bipolare Anregung gezeigt, bei der der das Element selbst einen Anschluss für die bipolare Anregung zur Verfügung stellt und gibt das zweite bipolare Elektrodenanregungssignal auf den Anschluss eines benachbarten Elements. Auf der rechten Seite ist ein Anregungsmuster gezeigt, bei dem das Element einen Anschluss zur Ansteuerung durch ein benachbartes Element freigibt. Die Freigabe kann beispielsweise dadurch geschehen, dass dieses Element den besagten Anschluss hochohmig schaltet.
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In den 9D, E sind die möglichen bipolar vertikalen Anregungen gezeigt, die den in 5 dargestellten Anregungsschemen entsprechen. Zusätzlich zu den vier Möglichkeiten, die bereits in 5 gezeigt sind, sind auch in diesem Fall die mögliche hochohmige Schaltung lediglich des zweiten Elektrodenanschlusses 110b und die mögliche hochohmige Schaltung des dritten Elektrodenanschlusses 110c gezeigt, um einem benachbarten Element eine Ansteuerung des hochohmig geschalteten Elements zu ermöglichen.
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In den 9F, G sind die möglichen bipolar diagonalen Anregungen, wie sie auch schon in 6 teilweise beschrieben wurden. Zusätzlich zu den in 6 gezeigten Anregungen, die jeweils die ersten beiden Anregungsmöglichkeiten in den 9F und 9G entsprechen, ist es auch hier möglich, lediglich den zweiten Elektrodenanschluss 110b oder lediglich den dritten Elektrodenanschluss 110c oder lediglich den ersten Elektrodenanschluss 110a hochohmig zu schalten. Alternativ zu der Anregung, wie sie in der 6D gezeigt ist und der zweiten Darstellung in der 9G entspricht, ist es möglich, zusätzlich den zweiten Elektrodenanschluss 110b hochohmig zu schalten, so dass sich das letzte Anregungsschema in der 9G ergibt.
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Die in den 9A–G gezeigten Möglichkeiten für die Anregungen eines Elements 110 entsprechen dabei jenen Anregungen, die zumindest einen Elektrodenanschluss des Elements 110 umfasst. Zusätzlich zu diesen Möglichkeiten ist es ferner möglich, Elektrodenanschlüsse anzuregen, die lediglich die Elektrodenanschlüsse 412, 414 für die Erweiterungselektroden umfassen. Diese Möglichkeiten sind in den 9H–9J gezeigt, wobei die 9H die bipolaren Anregungen über die Anschlüsse für die Erweiterungselektroden zeigt. Zunächst wird in der 9H die Anregung für die beiden Elektrodenanschlüsse 412 für die horizontalen Erweiterungselektroden gezeigt. In der zweiten Darstellung ist die bipolare Anregung eines Elektrodenanschlusses für eine horizontale Erweiterungselektrode und eines optional vorhandenen neunten Anschlusses 119, der beispielsweise an Chipübergängen und/oder an der rechten unteren Kante eines Elektrodenarrays vorhanden sein kann, gezeigt. Die dritte Darstellung in der 9H zeigt die bipolare Anregung zwischen den beiden Anschlüssen 414 für die vertikalen Erweiterungselektroden und schließlich die letzte Darstellung die bipolare Anregung zwischen einem Anschluss 414 für eine vertikale Erweiterungselektrode und dem optionalen neunten Anschluss 119.
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Die zu den aktiven Elektrodenanschlüssen benachbarten Elektrodenanschlüsse können beispielsweise auf das Mittenpotenzial gelegt sein und jene Anschlüsse, die den Anschlüsse, die auf dem Mittenpotential liegen, folgen, können beispielsweise hochohmig geschaltet werden. Das wäre beispielsweise der erste Elektrodenanschluss 110a für die erste Möglichkeit, der zweite Elektrodenanschluss 110b für die zweite Möglichkeit, der dritte Elektrodenanschluss 110c für die dritte Möglichkeit, und schließlich der zweite Elektrodenanschluss 110b für die vierte Möglichkeit der bipolaren Anregungen in der 9H.
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In den 9I, J sind die möglichen unipolaren Anregungen gezeigt, wobei wiederum lediglich Anregungen von Anschlüssen für vertikale und horizontale Erweiterungselektroden hier dargestellt sind Die 9I zeigt zwei Anregungsmuster, in denen jeweils einer der beiden horizontalen Erweiterungselektrodenanschlüsse 412 angeregt ist. Im ersten Fall ist zusätzlich der zweite Elektrodenanschluss 110b hochohmig geschaltet, der dritte Elektrodenanschluss 110c liegt auf dem Mittenpotenzial und der erste Anschluss 412 für die horizontale Erweiterungselektrode ist unipolar angeregt. Bei dem nächsten Anregungsmuster, das in der 9I gezeigt ist, entspricht dem gerade beschriebenen Anregungszyklus, wobei jetzt der erste Elektrodenanschluss 110a hochohmig geschaltet ist, der vierte Elektrodenanschluss 110d liegt auf dem Mittenpotential und der Elektrodenanschluss 412 für die horizontale Erweiterungselektrode ist angeregt. Optional existiert eine Anregung lediglich des neunten Elektrodenanschlusses 119 (sofern vorhanden).
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In der 9J sind die entsprechenden unipolaren Anregungen für Anschlüsse 414 von vertikalen Erweiterungselektroden dargestellt, wobei zunächst in der ersten Darstellung ein erster Erweiterungselektrodenanschluss angeregt und der zweite Elektrodenanschluss 110b hochohmig geschaltet. Bei der zweiten Darstellung ist ein zweiter Erweiterungselektrodenanschluss angeregt und der dritte Elektrodenanschluss 110c ist hochohmig geschaltet. Alle verbleibenden Anschlüsse liegen auf dem Mittenpotential.
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Der Sinn und Zweck der Anregungsmuster kann wie folgt beschrieben werden. Beispielsweise kann eine Anregung verschiedene Bereiche umfassen. So kann beispielsweise ein gegebenes Element angesteuert werden, um nacheinander zwei oder mehr der in der 9A–9J gezeigten Anregungszustände anzunehmen. Verschiedene der Anregungszustände können nämlich eine Anregung verschiedener Bereiche bewirken. Ferner kann abhängig davon, ob ein bestimmter Bereich angeregt werden soll, entschieden werden, ob in seinem Anregungszustand eine Anregung erfolgen soll oder nicht. Im Übrigen können die Anregungszustände benachbarter Elemente, zum Beispiel in räumlich periodischer und zeitlich veränderlicher Weise koordiniert werden.
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Werden beispielsweise drei benachbarte Elemente betrachtet, so kann beispielsweise zu einem ersten Zeitpunkt ein erstes der drei Elemente einen Anregungszustand aufweisen, wie er in 9B links gezeigt ist. Ein zweites der betrachteten Elemente kann zu dem ersten Zeitpunkt den Anregungszustand aufweisen, der in der 9B in der Mitte gezeigt ist, und ein drittes der drei benachbarten Elemente kann zu dem ersten Zeitpunkt den Zustand aufweisen, wie er in 9B rechts gezeigt ist.
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Zu einem zweiten Zeitpunkt kann ein erstes der drei Elemente einen Anregungszustand aufweisen, wie er in 9B rechts gezeigt ist. Ein zweites der betrachteten Elemente kann zu dem zweiten Zeitpunkt den Anregungszustand aufweisen, der in der 9B in links gezeigt ist, und ein drittes der drei benachbarten Elemente kann zu dem zweiten Zeitpunkt den Zustand aufweisen, wie er in 9B in der Mitte gezeigt ist.
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Zu einem dritten Zeitpunkt kann ein erstes der drei Elemente einen Anregungszustand aufweisen, wie er in 9B in der Mitte gezeigt ist. Ein zweites der betrachteten Elemente kann zu dem dritten Zeitpunkt den Anregungszustand aufweisen, der in der 9B in rechts gezeigt ist, und ein drittes der drei benachbarten Elemente kann zu dem dritten Zeitpunkt den Zustand aufweisen, wie er in 9B links gezeigt ist.
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Somit können zu verschiedenen Zeitpunkten verschiedene Bereiche angeregt werden.
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10A–C zeigen mögliche Anregungsmuster für einen Array von 3 × 3 Anschlusselementen, wobei von oben nach unten eine unipolare Anregung, eine bipolar horizontale und eine bipolar vertikale Anregung gezeigt sind. Die Anregungsmuster können beispielsweise durch mehrere Elemente, die zu einem Array miteinander kombiniert sind, erzeugt werden, wobei die unterschiedlichen Anregungsmuster, wie sie in den 9A–J gezeigt sind, kombiniert werden. Die Kombination kann dabei durch ein Verbinden der Elemente – beispielsweise durch eine ineinanderschieben von Chips – geschehen. Die Ansteuerung jedes der Elemente kann separat erfolgen, wobei eine zentrale Steuer- und Regeleinrichtung eine koordinierende Funktion der einzelnen Elemente (Chips) übernehmen kann. Damit kann das Array derart erzeugt werden, dass einzelne Anregungsmuster wie sie in der 9 gezeigt sind, (bildlich gesprochen) beispielsweise zusammengeschoben werden, so dass sich das Array ergibt. Die Anschlüsse für die Erweiterungselektroden übernehmen jeweils die Kontrolle über die benachbarten Elektroden (siehe 8).
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Bei dem in der 10A gezeigten Anregungsmuster werden vier Elemente, wie sie in der 9A gezeigt sind, miteinander kombiniert. Da die Anregungsmuster der 9A insgesamt vier Möglichkeiten bieten, ergeben sich somit auch vier Muster die eine unipolare Anregung für den Array beschreiben. Weitere unipolare Anregungsmuster ergeben sich dadurch, dass die jeweils rechte obere, linke untere und rechte untere Anschlusselektrode angeregt sind.
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In der 10B sind mögliche Anregungsmuster für die bipolar horizontale Anregung gezeigt, wobei in diesem Fall die Anregungsmuster der 9B und 9C miteinander kombiniert werden. Damit ergeben sich beispielsweise insgesamt sechs Muster, wobei die 10B nur drei der sechs Muster zeigt, bei dem die Anregungsmuster der in der 9B gezeigten Möglichkeiten „ineinander geschoben” bzw. miteinander kombiniert wurden. Die verschiedenen Möglichkeiten stellen nun beispielsweise alle möglichen Kombinationen der in der 9B und 9C gezeigten Anregungsmuster dar, so dass bei jeder dieser Kombinationen jeweils zwei angeregte Elektrodenpaare durch inaktive Elektroden voneinander getrennt sind, die beispielsweise auf einem Mittenpotenzial liegen.
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Somit ist in der 10B wiederum ein Array mit 3 × 3 Elementen angeregt, wobei bei den links übereinander dargestellten Elemente in einem Anregungszustand I jeweils die linken und rechten (oberen) Anschlusselektroden angeregt sind, und bei den in der Mitte übereinander angeordneten Elemente jeweils die rechte obere Anschlusselektrode angeregt ist und ferner die Anschlüsse für eine Erweiterungselektroden angeregt sind, wobei die Erweiterungselektrodeanschlüsse rechts neben der angeregten Elektrode angeordnet sind. Dementsprechend werden in den rechts dargestellten übereinander liegenden Elementen die links oben dargestellten Elektrodenanschlüsse hochohmig geschaltet.
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10C zeigt verschiedene mögliche Anregungsmuster, die möglich sind, bei einer bipolar vertikalen Anregung, d. h. in diesem Fall werden die Anregungsmuster der 9D und 9E miteinander kombiniert, wobei sich wiederum sechs Muster ergeben, von denen in der 10C lediglich drei mögliche gezeigt sind und zwar solche, bei denen die Anregungsmuster der 9D übereinander angeordnet werden. Konkret wird zunächst das erste Anregungsmuster der 9D und das zweite Anregungsmuster der 9D kombiniert (z. B. vertikal ineinander geschoben). Durch einfache Kombinatorik der verschiedenen Möglichkeiten, die Anregungsmuster der 9D und 9E ineinander zu schieben, ergeben sich die verbleibenden Muster für eine bipolar vertikale Anregung.
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11A zeigt eine der Möglichkeiten für eine bipolar diagonale Anregung für ein Array von Elementen. Dieses Array kann wiederum dadurch erhalten werden, dass die verschiedenen Anregungsmuster, wie sie in der 9F und 9G gezeigt sind, miteinander kombiniert werden. Beispielhaft soll das Erzeugen des Musters anhand der ersten Zeile des Arrays der 11A gezeigt werden. Von links beginnend wird zunächst das erste Anregungsmuster der 9F verwendet, rechts daran anschließend das vierte Muster der 9F (die Anregung erfolgt durch den nach oben benachbarten Erweiterungselektrodenanschluss), dann das erste Muster der 9G, das zweite Muster der 9F, das dritte Muster der 9F, das vierte Muster der 9G, das dritte Muster der 9G, das erste Muster der 9F, das vierte Muster der 9F, usw. Angefangen von dem achten Muster der ersten Zeile ergibt sich somit die Wiederholung W der Musterabfolge.
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Bei dem in der 11A gezeigten Ausführungsbeispiel kann sowohl eine Fortsetzung in horizontaler als auch in vertikaler erfolgen. Dementsprechend sind die Anschlüsse 510 Teil eines benachbarten Elements, in dem der Anschluss entsprechend angeregt ist. Sofern eine solche Fortsetzung nicht vorgesehen ist, können zum Randabschluss ferner die unipolaren Anregungen der 9A verwendet werden.
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In analoger Weise kann das Array in der zweiten Zeile dadurch aufgebaut werden, dass zunächst das zweite Muster der 9F, dann das dritte Muster der 9F, dann das vierte Muster der 9G, das dritte Muster der 9G, das erste Muster der 9F, das vierte Muster der 9F, das erste Muster der 9G, das zweite Muster der 9F, usw.
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Das dadurch erhaltene Array weist somit 7 × 7 Elemente auf, so dass sich ab dem achten Element eine Wiederholung W ergibt. Insgesamt können durch eine einfache Anwendung der Kombinatorik der Anregungsmuster der 9F und 9G sieben solche Arrays (mit der Periode 7) erzeugt werden. Neben den bipolar diagonalen Anregungsmuster, wie sie in den 9F und 9G gezeigt sind, können dazu auch Anregungsmuster verwendet werden, wie sie in den 9A bis 9J gezeigt sind, um Randbereich abzuschließen. Zur Erzeugung dieses vollständigen (einschließlich Rand) Arrays sind zwar Anregungsmuster, wie sie in der 11B links gezeigt sind, nicht jedoch ein Anregungsmuster, wie sie in der 11B rechts gezeigt ist.
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In 12 sind weitere Möglichkeiten zur Erzeugung eines Arrays von Elementen mit bipolar diagonaler Anregungen gezeigt, wobei bei diesen Möglichkeiten die Auswahl aus dem Anregungsmuster der 9F und 9G und eventuell für die rechten und unteren Erweiterungselektroden die Anregungsmuster der 9H bis 9J derart gewählt wurde, dass sich eine Wiederholung bereits ab dem fünften Element ergibt.
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Bei der 12A ist beispielsweise in der ersten Zeile des Arrays folgende Auswahl getroffen: von links nach rechts und oben nach unten ergibt sich die Sequenz: erstes Muster der 9F, viertes Muster der 9F, zweites Muster der 9G, drittes Muster der 9G, erstes Muster der 9F, .... In der zweiten Zeile ergibt sich die Sequenz: drittes Muster der 9G, erstes Muster der 9F, viertes Muster der 9F, drittes Muster der 9G, usw. Durch zwei Verschiebungen von zwei Elektrodenanschlüssen in horizontaler und vertikaler Richtung ergeben sich noch drei weitere Muster, die aus dem in der 12A dargestellten Muster erhalten werden können.
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12B zeigt ebenfalls eines von vier Anregungsmustern für eine bipolar diagonale Anregung, die wiederum aus den Mustern der 9F und 9G erhalten werden kann. Beispielhaft soll wiederum die erste und zweite Zeile des Arrays, das in der 12B gezeigt ist, durch das Kombinieren der Anregungsmuster der 9F und 9G erzeugt werden. Beginnend von links nach rechts und oben nach unten wird zunächst das zweite Muster der 9F verwendet, dann das dritte Muster der 9F, das erstes Muster der 9G, das erste Muster der 9G, das zweite Muster der 9F, .... In der zweiten Zeilen ergibt sich folgende Sequenz: das erste Muster der 9G, das zweite Muster der 9F, das dritte Muster der 9F, das dritte Muster der 9F, das erste Muster der 9G, usw.
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Insgesamt werden durch weitere Variationen der Anregungsmuster, wie sie in der 12 gezeigt sind, insgesamt acht Muster generiert, die sich jeweils durch zwei Verschiebungen der Elektrodenanschlüsse in horizontaler und vertikaler Richtung ergeben. Im Vergleich zu dem Anregungsmuster der 11 ergeben sich in der 12 zwar mehr Anregungsmuster, diese sind jedoch einfacher zu implementieren. Beispielsweise ist es möglich, diese mit Sondermustern (9H–J) für die rechte und untere Kante des Arrays zu kombinieren. Dies ist bei dem bipolar diagonalen Anregungen mit sieben Mustern, wie sie in der 11A gezeigt sind, nicht möglich.
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Die 13 zeigt mögliche Ansteuerungen für die rechte oder untere Kante oder den rechten oder unteren Rand des Arrays unter Nutzung von Anschlüssen für Erweiterungselektroden der Chips. 13A zeigt zunächst die unipolaren Anregungsmuster, die für die Ränder genutzt werden können. 13B zeigt eine mögliche Kombination mit einer bipolar horizontalen Anregung. Konkret ist ein Array gezeigt von 2 × 3 Elementen gezeigt, wobei in der ersten Zeile links beginnend zunächst das erste Muster der 9B, dann das zweite Muster der 9B und schließlich das erste Muster der 13A verwendet wurde. In der zweiten Zeile des beispielhaften Arrays der 13B wurde zunächst das erste Muster der 9B, dann das zweite Muster der 9B und schließlich das erste Muster der 13A verwendet.
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Die 13B gibt somit ein Beispiel für eine mögliche Kombination einer bipolaren und unipolaren Anregung, wobei die bipolare (in diesem Fall bipolar horizontal) Anregung durch Anschlüsse B1 erfolgt und die unipolare Anregung durch Anschlüsse B2 erfolgt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist es möglich weitere Kombinationen zwischen bipolaren und unipolaren Anregungen zu realisieren.
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13C zeigt ähnlich zu den Mustern, wie in der 13A gezeigt sind, weitere bipolare Anregungsmuster, die ebenfalls zur Ansteuerung an dem rechten bzw. unteren Rand genutzt werden können. Die vier dargestellten Anregungsmuster sind ebenfalls in der 9H dargestellt. Die in der zweiten Zeile der 13C dargestellten bipolaren Anregungsmustern können für eine komplette Abdeckung der Chipkanten am Arrayrand erforderlich sein, wobei für diesen Fall fünf Erweiterungselektrodenanschlüsse benutzt werden (einschließlich des neunten Elektrodenanschlusses 119).
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13D zeigt schließlich weiteres unipolares Anregungsmuster, das zur Vervollständigung der Stimulationspositionen erforderlich sein kann. Es kann mit den bipolar diagonalen Mustern kombiniert werden, um ein alternatives Array zu erhalten. Bei dem in der 13D gezeigten Stimulationsmustern wird lediglich die neunte Elektrodenanschluss 119 angeregt und alle weiteren Elektroden des Elements 110 verbleiben auf dem Mittenpotenzial.
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Zur Organisation der Multiplexer für Anregungs- und eventuell Messschaltungen ergeben sich aus den gezeigten Anregungsmustern die folgenden Möglichkeiten.
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Für die Stimulation und/oder Messung kann je quadratischem Element eine Stimulations- und/oder Messeinrichtung aufgebaut sein, die einen positiven und einen negativen Anschluss aufweist. Dabei ist es möglich, dass mehrere quadratische Elemente unabhängig voneinander angeregt oder stimuliert werden können und somit eine parallele Arbeitsweise ermöglicht wird. In einer bevorzugten Realisierung (wie beispielsweise bei dem Retinaimplantat) weist die Einrichtung 200 zum Bereitstellen der Mehrzahl von Elektrodenanregungssignalen zwei Stromquellen auf, eine für positive und die andere für negative Ströme. Alternativ können auch zwei Spannungssignale für jedes der beispielhaften quadratischen Elemente bereitgestellt werden. Zur Stimulation der Retina (Netzhaut) ist die Anordnung der Elektroden 100 auf der Retina angeordnet, aber die Einrichtung 200 zum Bereitstellen der Elektrodenanregungssignale kann davon entfernt angeordnet sein, wobei Verbindungskabel genutzt werden können, um eine Verbindung zwischen den Elektroden einerseits und den Elektrodenanschlüssen 110, 120, 130, ... anderseits herzustellen.
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Wird in einem Element keine Stimulation vorgenommen, so werden beispielsweise alle Kernelektroden an das Gegenelektrodenpotenzial geschaltet oder sind hochohmig, die Erweiterungselektroden sind ebenfalls hochohmig.
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Bei der unipolaren Ansteuerung wird eine der Kernelektroden angesteuert (beispielsweise eine Kernelektrode pro Element) und die verbleibenden Kernelektroden sind an das Gegenpotenzial geschaltet oder sind hochohmig. Die Erweiterungselektroden sind in diesem Fall immer hochohmig. Die Stimulation und/oder Messung kann zwischen der angewählten Elektrodenanschluss und der Gegenelektrode erfolgen. Je nach erforderlichem Abstand der aktiven Elektroden kann der nächste angesteuerte Elektrodenanschluss (beispielsweise in einem folgenden Zyklus) die gleiche oder eine andere Position im Element haben. Zwischen zwei angesteuerten Elektroden können auch mehrere Elemente ausgebildet sein, die nicht stimuliert werden oder mittels derer keine Messung vorgenommen wird.
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Bei der bipolaren Ansteuerung werden zwei Elektroden (beispielsweise pro Element) angesteuert, die auch beide Erweiterungselektroden sein können. Die nicht angesteuerten Kernelektroden sind an das Gegenpotenzial geschaltet oder sind hochohmig. Die von einem Nachbarelement her angesteuerten Elektroden sind von dem jeweiligen Element her hochohmig zu schalten. D. h. beispielsweise wenn über die Erweiterungselektroden eine Elektrodenanschluss in einem Nachbarelement angesteuert werden soll, dann ist der Elektrodenanschluss des Nachbarelements hochohmig zu schalten (wird nicht angesteuert). Die nicht angesteuerten Erweiterungselektroden sind beispielsweise immer hochohmig. Die Stimulation und/oder Messungen erfolgt zwischen den beiden ausgewählten Elektroden (Elektrodenpaaren). Je nach erforderlichem Abstand der aktiven Elektrodenpaare kann das nächste angesteuerte Elektrodenpaar die gleiche oder eine andere Position im Element aufweisen. Zwischen zwei angesteuerten Elektrodenpaaren können – wie auch bei der unipolaren Anregung – auch mehrere Elemente vorhanden sein, die nicht stimuliert werden oder die nicht zur Messung verwendet werden.
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Um eine solche Ansteuerung zu realisieren, ist jede Kernelektrode wahlweise über einen Schalter mit einem oder keinem der folgenden Elemente verbunden: (a) dem positiven Anschluss der Stimulations- und/oder Messeinrichtung oder (b) dem negativen Anschluss der Stimulations- und/oder Messeinrichtung. Wenn keine Verbindung zu einem Anschluss besteht, so ist die Kernelektrode hochohmig.
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Jede Erweiterungselektrode kann über einen Schalter wahlweise mit einem oder keinem der folgenden Elemente verbunden sein: (a) dem positiven Anschluss der Stimulations- und/oder Messeinrichtung, (b) dem negativen Anschluss der Stimulations- und/oder Messeinrichtung oder (c) der Gegenelektrode. Wenn keine Verbindung besteht, ist die Erweiterungselektrode hochohmig.
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Ausführungsbeispiel weisen ebenfalls eine Messeinrichtung auf, wobei eine Vielzahl von Elektroden dazu benutzt werden, um beispielsweise ein Potenzialfeld entlang einer Oberfläche auszumessen oder aber durch Einprägen eines Einprägesignals, beispielsweise einen Widerstandswert entlang einer Fläche zu messen. Dazu können beispielsweise die beteiligten (aktiven) Elektroden dazu benutzt werden, um einen bestimmten Stromfluss durch eine Schicht durchzuleiten und verbleibende Elektroden können dazu benutzt werden, um einen Spannungsabfall entlang des Stromflusses zu messen. Die Messungen können dabei wie beschrieben entweder bipolar zwischen zwei Punkten geschehen oder unipolar derart, dass ein Elektrodenanschluss als zentraler Elektrodenanschluss wirkt und umgebende Elektroden als zweiten Anschluss dienen.
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Ausführungsbeispiele können somit nicht nur dazu verwendet werden, um eine Nervenstimulation in einem Auge durchzuführen, sondern auch zur Messung von Spannungen bei eingeprägten Strömen (oder umgekehrt), so dass bei der raumaufgelösten Sensorik beispielsweise die Leitfähigkeit oder den PH-Wert von Flüssigkeiten und/oder an Oberflächen zu ermitteln.
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Ferner ist es möglich, die Elektrodenanordnung dazu zu nutzen, um eine Potenzialverteilung entlang einer Oberfläche auszumessen, wobei die unipolare Schaltung der Elektroden dazu benutzt werden kann, um einen Potenzialwert an einer bestimmten Position (lokales Potenzial) zu messen, währenddessen die bipolare Schaltung dazu benutzt werden kann, um den Potenzialabfall in einer bestimmten Richtung zu messen. Durch mehrfaches Schalten verschiedener Anordnung kann somit sowohl der Potenzialwert an einem bestimmten Ort als auch der Potenzialabfall ermitteln werden.
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Ausführungsbeispiele auch dazu benutzt werden, um Messungen z. B. an einer Siliziumoberfläche durchzuführen, um beispielsweise die räumliche Verteilung des Schichtwiderstandes zu erfassen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine elektrochemische Potenzialmessung am Messpunkt vorgenommen werden.
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Ausführungsbeispiele lassen sich damit wie folgt zusammenfassen: Es ist sowohl eine unipolare als auch eine bipolare Anregung eines Elektrodenarrays möglich, wobei Elektroden die zwischen angeregten Elektroden ausgebildet sind auf ein festes Potenzial gesetzt werden. Effektiv wird damit eine höhere Pseudoauflösung erreicht und außerdem werden aktive Zentren oder aktive Strecken durch den Abschirmeffekt der auf dem festen Potenzial sitzenden Elektroden erreicht. Die Elektroden, die auf dem festen Potenzial sitzen, können gleichzeitig dazu benutzt werden, um Ströme abzuleiten, so dass sie keinen weiteren negativen Effekt verursachen können. Damit werden die Anregungen unabhängig voneinander, da sie sich nicht gegenseitig beeinflussen (Abschirmeffekt). Die Elektroden, die auf dem festen Potenzial sitzen, wirken somit als neutrale Elektroden und können beispielsweise auf ein Massepotenzial oder 0 Volt gesetzt werden. Beispielsweise ist es möglich, für die Anregung eine Spannung von +–10 Volt zu nutzen, und das Mittenpotenzial auf 0 Volt zu legen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können jedoch auch andere Spannungen verwendet werden, so dass sich beispielsweise Spannungsdifferenzen zwischen den angeregten Elektroden von mehr als 5 oder mehr als 10 Volt oder ungefähr 10 oder ungefähr 20 Volt ergeben.
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Durch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren wird eine effektive Vervielfachung der Auflösung einer physikalischen Elektrodenmatrix erreicht – beispielsweise bis zu einer Vervierfachung gegenüber einer reinen unipolaren und eine Verachtfachung der Auflösung gegenüber einer naiven bipolaren Anordnung. Der Multiplexbetrieb der Elektroden reduziert gleichzeitig einen erforderlichen Schaltungsumfang. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Verringerung der erforderlichen Elektrodenzahl ebenfalls zu einer Verringerung des Aufwandes für die Aufbau- und Verbindungstechnik zwischen der Elektrodenmatrix und elektronischen Schaltkreisen führt.
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Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu benutzt werden, um z. B. 24, 48 oder noch mehr Elektroden anzusteuern (z. B. 192 Elektroden). Das Konzept der Erweiterungselektroden oder der Ansteuerung von Erweiterungselektroden dient dazu, dass einzelne Elemente, die eine Gruppe von Elektroden umfassen, zu Modulen miteinander kombiniert werden können, so dass sich flexible Erweiterungsmöglichkeiten ergeben. Insbesondere die bipolare Anregung erfordert die Erweiterungselektroden, da es im Allgemeinen vorkommt, dass zwischen den Elementen ebenfalls ein Elektrodenpaar anzuregen ist. Deshalb ist es erforderlich, dass während eines Ansteuerzyklus ein Cluster oder ein Element sich Elektroden von einem benachbarten Cluster oder benachten Element leiht und diese ansteuert, währenddessen die geliehenen Elektroden von dem anderen Cluster jeweils freigegeben sind bzw. hochohmig geschaltet werden. Durch die Unterteilung in Elementen ist eine möglichst hohe Parallelität erreichbar, so dass eine möglichst hohe Anzahl von Elektroden gleichzeitig und unabhängig von einander angesteuert werden können, ohne dass gegenseitige Störungen auftreten können. Ferner kann die Anregung der Elektroden derart erfolgt, dass auf einem positiven Impuls ein negativer Impuls erfolgt (biphasische Anregung), so dass die mit dem positiven Impuls eingebrachten Ladungsträger durch den negativen Impuls wiederum abgeführt werden und es so zu einer Stimulation der entsprechend Region kommt – ohne eine Ionisierung der Region zu bewirken. Dies ist insbesondere bei der unipolaren Anregung vorteilhaft.
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Bei Ausführungsbeispielen können ferner pro Element zwei getrennt Stromquellen zur Verfügung gestellt werden, die jeweils von der Ansteuererschaltung des jeweiligen Elements kontrolliert werden. Die Ansteueranschlüsse, wie sie in den 4 bis 13 gezeigt sind, umfassen Anschlüsse des Ansteuerchips – nicht jedoch die Elektroden selbst. Vielmehr werden die Elektroden mit diesen Ansteueranschlüssen verbunden, wobei die Elektroden jedoch nicht auf dem Chip ausgebildet zu sein brauchen, sondern sind im Allgemeinen entfernt davon angeordnet sind. Die einzelnen Ansteuerchips können wie beschrieben ineinander geschoben werden. Insgesamt ergeben sich damit die 23 oder 24 verschiedene Muster, die nacheinander genutzt werden können, um eine Stimulierung der entsprechenden Regionen durchzuführen. Es ist ebenfalls möglich, dass eine hybride Arbeitsweise derart gewählt wird, dass bipolare und unipolare Anregungen zur gleichen Zeit durchgeführt werden. Die gezeigten Muster zeigen lediglich die maximal mögliche Anzahl von parallelen Anregungen. Natürlich ist es im Allgemeinen möglich, dass weitaus weniger Anregungszentren während eines gegebenen Zyklus angeregt werden.
