JP2000041658A - Bioelectric signal recorder, bioelectric signal recording, and electric stimulation - Google Patents

Bioelectric signal recorder, bioelectric signal recording, and electric stimulation

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JP2000041658A
JP2000041658A JP10215712A JP21571298A JP2000041658A JP 2000041658 A JP2000041658 A JP 2000041658A JP 10215712 A JP10215712 A JP 10215712A JP 21571298 A JP21571298 A JP 21571298A JP 2000041658 A JP2000041658 A JP 2000041658A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bioelectric signal recording unit that can perform both electric stimulation and bioelectric signal recording with a single micro-electrode and can record the bioelectric signals in an extremely short time after an electric stimulation. SOLUTION: This bioelectric signal recorder is provided with an micro- electrodes, an. input amplifier 21 that is connected between an electric stimulation signal generator 12 and the main amplifier and amplifies the bioelectric signals from the micro-electrodes, a direct current potential retention circuit 22 that retain the direct current potential of the bioelectric signals to be input to the main amplifier 21, an adding machine 26 that adds the electric stimulation signals from the electric stimulation signal generator 12 to the direct current potential from the direct current potential retention circuit, the interface circuit that has the first switching circuit between the input amplifier and the main amplifier, the second switching circuit between the adding machine 26 and the direct current potential retention circuit, and the third switching circuit between the micro-electrodes 14 and the adding machine 26 and a controlling means that controls the first through the third switching circuits.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、生体電気信号記録
装置、生体電気信号記録方法、および電気刺激方法に係
わり、特に、人体以外の生体組織、細胞に対して電気刺
激を行い、当該電気刺激に対する生体組織、細胞の応答
を記録する際に有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bioelectric signal recording device, a bioelectric signal recording method, and an electric stimulation method, and more particularly, to an electric stimulation for living tissues and cells other than the human body. The present invention relates to a technique that is effective in recording responses of living tissues and cells to the tissue.

【0002】[0002]

【従来の技術】これまで、生体組織、細胞に対する電気
刺激は、微小電極に直接、あるいは絶縁回路を通して定
電圧、あるいは定電流パルス信号を印加することにより
行われていた。通常、電気刺激に用いられる信号発生装
置は低出力インピーダンスのものが必要であり、また、
この生体電気信号記録には高入力インピーダンスの増幅
器が必要とされる。そのため、単一の微小電極を用い
て、生体組織、細胞に対して電気刺激を与え、且つ、生
体電気信号を記録する手法としては、従来、手動により
切り換え、単一の微小電極を信号発生装置、あるいは増
幅器に接続する手法以外は実現されていない。
2. Description of the Related Art Hitherto, electrical stimulation of living tissues and cells has been performed by applying a constant voltage or constant current pulse signal directly to microelectrodes or through an insulating circuit. Normally, the signal generator used for electrical stimulation needs to have a low output impedance,
This bioelectric signal recording requires a high input impedance amplifier. Therefore, as a method of applying electrical stimulation to living tissue and cells using a single microelectrode and recording a bioelectric signal, conventionally, a manual switching is performed and a single microelectrode is used as a signal generator. Or other than connecting to an amplifier.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気刺
激および生体電気信号記録のために、手動により切り換
え、単一の微小電極を信号発生装置、あるいは増幅器に
接続する場合は、切り換え操作の要する時間(数秒以
上)の間、電気刺激もしくは生体電気信号記録のどちら
かが不可能であるという問題点があった。さらに、入力
インピーダンスの高い測定系では、一般にノイズに対し
て非常に敏感なため、入力部分からケーブルを伸ばして
離れたところで切り換えを行うことは不可能であり、ス
イッチ部を入力部の直ぐ近くに設置する必要がある。そ
のため、手動による切り換え操作は、振動を伴うことが
多く、生体電気信号の記録に広く用いられているガラス
管微小電極を用いる手法等の、振動による影響が顕著な
手法との併用は著しく困難であるという問題点があっ
た。
However, in the case where manual switching is performed for electrical stimulation and recording of a bioelectric signal and a single microelectrode is connected to a signal generator or an amplifier, the time required for the switching operation is required. (Several seconds or more), there has been a problem that either electrical stimulation or bioelectric signal recording is impossible. Further, in a measurement system having a high input impedance, since it is generally very sensitive to noise, it is impossible to extend the cable from the input portion and perform switching at a distance, and the switch section should be located very close to the input section. Need to be installed. Therefore, the manual switching operation often involves vibration, and it is extremely difficult to use the method in combination with a method in which the influence of vibration is remarkable, such as a method using a glass tube microelectrode widely used for recording a bioelectric signal. There was a problem.

【0004】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、本発明の目的は、生体電
気信号記録装置において、単一の微小電極で、電気刺激
と生体電気信号記録の両方を行うことができ、しかも電
気刺激後ごく短時間で生体電気信号記録が可能となる技
術を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a bioelectric signal recording apparatus which uses a single microelectrode to generate electric stimulation and bioelectric signal. It is an object of the present invention to provide a technique capable of performing both recordings and recording a bioelectric signal in a very short time after electrical stimulation.

【0005】また、本発明の他の目的は、生体電気信号
記録方法において、人体以外の生体組織、あるいは細胞
に対して、複数の微小電極の中の一つ以上の微小電極か
ら順次自動的に電気刺激を与え、当該複数の電気刺激に
対応した生体電気信号を、振動等の影響を受けることな
く記録することが可能となる技術を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to provide a method for recording a bioelectric signal, in which one or more microelectrodes out of a plurality of microelectrodes are automatically and sequentially applied to living tissues or cells other than the human body. It is an object of the present invention to provide a technique capable of giving an electric stimulus and recording a bioelectric signal corresponding to the plurality of electric stimuli without being affected by vibration or the like.

【0006】また、本発明の他の目的は、電気刺激方法
において、電気刺激強度の精確な制御が可能となる技術
を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a technique that enables accurate control of the intensity of electrical stimulation in an electrical stimulation method.

【0007】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
[0007] The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。
SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.

【0009】即ち、本発明は、生体電気信号記録装置に
おいて、微小電極と、前記微小電極に電気刺激信号を印
加する電気刺激信号発生装置と、前記微小電極からの生
体電気信号を増幅する主増幅器と、前記主増幅器で増幅
された生体電気信号を記録する記録手段と、前記微小電
極と、前記電気刺激信号発生装置および前記主増幅器と
の間に接続されるインターフェイス回路であって、前記
微小電極からの生体電気信号を増幅する入力増幅器と、
前記主増幅器に入力される生体電気信号の直流電位を保
持する直流電位保持回路と、前記電気刺激信号発生装置
からの電気刺激信号と前記直流電位保持回路からの直流
電位とを加算する加算器と、前記入力増幅器と前記主増
幅器との間に接続される第1のスイッチ回路と、前記加
算器と前記直流電位保持回路との間に接続される第2の
スイッチ回路と、前記微小電極と前記加算器との間に接
続される第3のスイッチ回路とを有するインターフェイ
ス回路と、前記インターフェイス回路の第1ないし第3
のスイッチ回路を制御する制御手段とを具備することを
特徴とする。
That is, the present invention provides a bioelectric signal recording apparatus, in which a microelectrode, an electrostimulation signal generator for applying an electrostimulation signal to the microelectrode, and a main amplifier for amplifying the bioelectric signal from the microelectrode. Recording means for recording a bioelectric signal amplified by the main amplifier; and the microelectrode, an interface circuit connected between the electrical stimulation signal generator and the main amplifier, wherein the microelectrode An input amplifier for amplifying bioelectric signals from
A DC potential holding circuit that holds a DC potential of a bioelectric signal input to the main amplifier, and an adder that adds an electrical stimulation signal from the electrical stimulation signal generator and a DC potential from the DC potential holding circuit. A first switch circuit connected between the input amplifier and the main amplifier, a second switch circuit connected between the adder and the DC potential holding circuit, An interface circuit having a third switch circuit connected between the adder and the first to third interface circuits;
And control means for controlling the switch circuit.

【0010】また、本発明は、前記微小電極と前記イン
ターフェイス回路との組を、複数対具備することを特徴
とする。
The present invention is characterized in that a plurality of pairs of the microelectrode and the interface circuit are provided.

【0011】また、本発明は、生体電気信号記録方法に
おいて、複数の微小電極の中の一つ以上の微小電極を順
次自動的に選択して、人体以外の生体組織、あるいは細
胞に対して順次電気刺激を与え、当該複数の電気刺激に
対する複数の生体電気信号を、検出用電極で検出して記
録することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a bioelectric signal recording method, wherein one or more microelectrodes among a plurality of microelectrodes are automatically selected in sequence to sequentially apply to living tissues or cells other than the human body. An electrical stimulus is applied, and a plurality of bioelectric signals corresponding to the plurality of the electrical stimuli are detected and recorded by a detection electrode.

【0012】また、本発明は、人体以外の生体組織、あ
るいは細胞に対して、微小電極を用いて電気刺激を与え
る電気刺激方法において、電気刺激信号発生装置から前
記微小電極に印加する電気刺激信号に対して、前記電気
刺激信号を印加する直前の前記微小電極の直流電位を加
算し、前記微小電極の直流電位のオフセット補償を行う
ことを特徴とする。
Further, the present invention relates to an electric stimulation method for applying electric stimulation to living tissues or cells other than the human body using microelectrodes, wherein an electric stimulation signal applied from the electric stimulation signal generator to the microelectrodes is provided. In addition, the DC potential of the microelectrode immediately before the application of the electrical stimulation signal is added, and offset compensation of the DC potential of the microelectrode is performed.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0014】なお、実施の形態を説明するための全図に
おいて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。
In all the drawings for describing the embodiments, those having the same functions are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.

【0015】[実施の形態1]図1は、本発明の実施の
形態1の生体電気信号記録装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。同図において、10はパーソナルコンピュ
ータ、11は生体電気信号記録用の主増幅器、12は電
気刺激信号発生装置、13はインターフェイス回路、1
4は微小電極である。本実施の形態の生体電気信号記録
装置は、微小電極14と、生体電気信号記録用の主増幅
器11および電気刺激信号発生装置12との間にインタ
ーフェイス回路13を設け、主増幅器11、電気刺激信
号発生装置12、およびインターフェイス回路13をパ
ーソナルコンピュータ10で制御する構成となってい
る。また、主増幅器11で増幅された生体電気信号は、
アナログ・デジタル変換されて、パーソナルコンピュー
タ10の記録手段(例えば、ハードディスク)等に記録
される。
[First Embodiment] FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a bioelectric signal recording apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 10 is a personal computer, 11 is a main amplifier for recording a bioelectric signal, 12 is an electric stimulus signal generator, 13 is an interface circuit, 1
Reference numeral 4 denotes a microelectrode. In the bioelectric signal recording device of the present embodiment, an interface circuit 13 is provided between the microelectrode 14 and the main amplifier 11 for recording bioelectric signals and the electric stimulus signal generator 12, and the main amplifier 11, the electric stimulus signal The generator 12 and the interface circuit 13 are controlled by the personal computer 10. The bioelectric signal amplified by the main amplifier 11 is
The data is converted from analog to digital, and is recorded on recording means (for example, a hard disk) of the personal computer 10.

【0016】図2は、図1に示すインターフェイス回路
13の具体的な構成を示すブロック図である。同図にお
いて、21は入力増幅器、22は直流電位保持回路、2
3はスイッチ回路(1)、24はスイッチ回路(2)、
25はスイッチ回路(3)、26は加算器である。図2
に示すスイッチ回路(1)〜スイッチ回路(3)は、パ
ーソナルコンピュータ10から制御信号により、図3に
示すタイミングで制御される。即ち、通常は、スイッチ
回路(2)24、およびスイッチ回路(3)25がオ
フ、スイッチ回路(1)23がオンで、微小電極14に
対して主増幅器11が接続され、電気刺激信号発生装置
12は切り離された状態にある。生体組織、あるいは細
胞に対して電気刺激を実行する場合には、まずスイッチ
回路(2)24をオン、スイッチ回路(1)23をオフ
にすることにより、微小電極14から主増幅器11を切
り離す。この時、主増幅器11の入力直流電位は直流電
位保持回路22により、切り離し直前の直流電位に保持
される。ついで、スイッチ回路(3)25がオンとなる
が、この時、電気刺激信号発生装置12からの電気刺激
信号には、加算器26により直流電位保持回路22から
の直流電位が加算されているため、微小電極14の直流
電位は不変である。
FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of the interface circuit 13 shown in FIG. In the figure, 21 is an input amplifier, 22 is a DC potential holding circuit, 2
3 is a switch circuit (1), 24 is a switch circuit (2),
25 is a switch circuit (3), and 26 is an adder. FIG.
The switch circuits (1) to (3) are controlled by the control signal from the personal computer 10 at the timing shown in FIG. That is, normally, the switch circuit (2) 24 and the switch circuit (3) 25 are off, the switch circuit (1) 23 is on, the main amplifier 11 is connected to the microelectrode 14, and the electrical stimulation signal generator 12 is in a disconnected state. When electrical stimulation is performed on living tissue or cells, the main amplifier 11 is disconnected from the microelectrode 14 by first turning on the switch circuit (2) 24 and turning off the switch circuit (1) 23. At this time, the input DC potential of the main amplifier 11 is held by the DC potential holding circuit 22 at the DC potential immediately before disconnection. Next, the switch circuit (3) 25 is turned on. At this time, the DC potential from the DC potential holding circuit 22 is added to the electric stimulus signal from the electric stimulus signal generator 12 by the adder 26. The DC potential of the microelectrode 14 is unchanged.

【0017】この状態で、加算器26からの電気刺激信
号が微小電極14に印加され、生体組織、あるいは細胞
に対して電気刺激が実行される。電気刺激終了後一定時
間、スイッチ回路(3)25をオン、スイッチ回路
(2)24をオン、スイッチ回路(1)23をオフと保
つことにより、電気刺激により微小電極14に注入され
た電荷を電気刺激信号発生装置12側の低インピーダン
ス回路を通じて放電する。以上の動作により、単一の微
小電極14による電気刺激と生体電気信号記録が可能と
なり、電気刺激信号入力に伴う生体電気信号記憶不能期
間は短時間に抑えられる。
In this state, the electric stimulus signal from the adder 26 is applied to the microelectrode 14, and the electric stimulus is performed on the living tissue or cells. By keeping the switch circuit (3) 25 on, the switch circuit (2) 24 on and the switch circuit (1) 23 off for a certain period of time after the end of the electrical stimulation, the electric charge injected into the microelectrode 14 by the electrical stimulation is reduced. It discharges through the low impedance circuit on the side of the electrical stimulation signal generator 12. With the above operation, the electrical stimulation and the recording of the bioelectric signal by the single microelectrode 14 can be performed, and the period during which the bioelectric signal cannot be stored due to the input of the electrical stimulation signal can be suppressed to a short time.

【0018】図4は、本実施の形態の生体電気信号記録
装置で電気刺激を行う際に、微小電極14に生じる電位
変化の過渡現象と、従来の生体電気信号記録装置で電気
刺激を行う際に、微小電極14に生じる電位変化の過渡
現象とを比較した結果を示すグラフである。生体電気信
号記録装置で電気刺激を行う際に、微小電極14に生じ
る電位変化の過渡現象は、主増幅器11の飽和の原因と
なり、電気刺激終了後、生体電気信号記録が可能となる
までの時間を規定する。図4から明らかなように、従来
の生体電気信号記録装置においては、電気刺激信号によ
る主増幅器11の飽和が起こり、さらに微小電極14に
注入された電荷が長い時定数をもって放電されることに
より、長時間にわたる過渡現象を生じている。なお、図
4に示す従来の生体電気信号記録装置は、例えば、図5
に示す構成のものであり、電気刺激を行う際に、スイッ
チ回路35をオンとするものである。これに対して、本
実施の形態の生体電気信号記録装置では、電気刺激によ
り微小電極14に注入された電荷を電気刺激信号発生装
置12側の低インピーダンス回路を通じて放電するよう
にしたので、過渡現象はごく小さく抑えられているのが
分かる。
FIG. 4 shows a transient phenomenon of a potential change occurring in the microelectrode 14 when the electrical stimulation is performed by the bioelectric signal recording device of the present embodiment and a case where the electrical stimulation is performed by the conventional bioelectric signal recording device. 7 is a graph showing a result of comparison with a transient phenomenon of a potential change occurring in the microelectrode 14. When the electrical stimulation is performed by the bioelectric signal recording device, the transient phenomenon of the potential change generated in the microelectrode 14 causes the main amplifier 11 to saturate. Is specified. As is apparent from FIG. 4, in the conventional bioelectric signal recording device, the main amplifier 11 is saturated by the electric stimulation signal, and the electric charge injected into the microelectrode 14 is discharged with a long time constant. A long-running transient has occurred. In addition, the conventional bioelectric signal recording device shown in FIG.
The switch circuit 35 is turned on when electrical stimulation is performed. On the other hand, in the bioelectric signal recording apparatus of the present embodiment, the electric charge injected into the microelectrode 14 by the electric stimulation is discharged through the low impedance circuit of the electric stimulation signal generator 12, so that the transient phenomenon occurs. You can see that it is kept very small.

【0019】また、本実施の形態の生体電気信号記録装
置では、直流電位保持回路22からの出力(直流電位)
を、電気刺激信号発生装置12からの電気刺激信号に加
算することにより、電気刺激強度を正確に制御すること
が可能となる。
In the bioelectric signal recording apparatus according to the present embodiment, the output (DC potential) from the DC potential holding circuit 22 is used.
Is added to the electrical stimulus signal from the electrical stimulus signal generator 12 to control the electrical stimulus intensity accurately.

【0020】図6は、本実施の形態の生体電気信号記録
装置を用いて実際に測定した生体電気信号の波形の一例
を示す図である。図6に示す波形は、電気刺激信号に対
して、7μs早い時点でスイッチ回路(3)25をオ
ン、10μs前の時点でスイッチ回路(2)24をオ
ン、スイッチ回路(1)23をオフに設定し、さらに、
この電気刺激信号印加終了後1msの間この状態を保っ
たときに記録された波形である。この図6の波形図から
明らかなように、本実施の形態の生体電気信号記録装置
では、電気刺激信号入力後約2msの時点で生体電気信
号が記録された。即ち、本実施の形態の生体電気信号記
録装置では、単一の微小電極14で電気刺激を行い、少
なくとも電気刺激終了後約2msの時点で当該刺激対す
る応答が同一微小電極14で記録可能となる。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a waveform of a bioelectric signal actually measured using the bioelectric signal recording apparatus according to the present embodiment. The waveform shown in FIG. 6 shows that the switch circuit (3) 25 is turned on 7 μs earlier than the electrical stimulus signal, and the switch circuit (2) 24 is turned on and the switch circuit (1) 23 is turned off 10 μs earlier. Set, and
This is a waveform recorded when this state is maintained for 1 ms after the application of the electric stimulus signal. As is clear from the waveform diagram of FIG. 6, in the bioelectric signal recording apparatus of the present embodiment, the bioelectric signal was recorded at about 2 ms after the input of the electric stimulus signal. That is, in the bioelectric signal recording device of the present embodiment, electrical stimulation is performed with a single microelectrode 14, and a response to the stimulus can be recorded with the same microelectrode 14 at least at about 2 ms after the end of the electrical stimulation. .

【0021】図7は、本実施の形態の生体記録装置を用
いて電気刺激を行い、1つの細胞からの生体電気信号を
記録した一例を示す図である。なお、同図において、3
0は記録された細胞からの生体電気信号である。この図
7は、刺激強度2.1V、2.2V、2.3V、2.4
Vという4つの条件に対してそれぞれ32回の記録を行
ったものである。この図7は、0.1Vという電気刺激
強度の違いとしてはわずかな値に対して、顕著な応答の
差異が得られ、かつ、それぞれの条件下で再現性の良い
結果が得られていることを示している。これは、直流電
位保持回路22からの出力(直流電位)を、電気刺激信
号発生装置12からの電気刺激信号に加算することによ
り、微小電極14の直流電位のオフセット補償を行うと
ともに、電気刺激により微小電極14と溶液界面に蓄積
された電荷を、電気刺激信号発生装置12側の低インピ
ーダンス回路を通じて放電するようにした効果を示して
いる。
FIG. 7 is a diagram showing an example in which electrical stimulation is performed using the biological recording apparatus of the present embodiment and a biological electrical signal from one cell is recorded. Note that in FIG.
0 is the recorded bioelectric signal from the cell. FIG. 7 shows stimulus intensities of 2.1 V, 2.2 V, 2.3 V, and 2.4.
Recording was performed 32 times for each of the four conditions of V. FIG. 7 shows that a remarkable difference in response was obtained for a slight difference in electrical stimulus intensity of 0.1 V, and that reproducible results were obtained under each condition. Is shown. This is because the output (DC potential) from the DC potential holding circuit 22 is added to the electrical stimulus signal from the electrical stimulus signal generator 12 to perform offset compensation of the DC potential of the microelectrode 14 and to perform electrical stimulus. This shows the effect of discharging the electric charge accumulated at the interface between the microelectrode 14 and the solution through the low impedance circuit on the side of the electrical stimulation signal generator 12.

【0022】なお、本実施の形態の生体電気信号記録装
置において、図1、あるいは図2に示すインターフェイ
ス回路13と微小電極14との組を複数組設けて、イン
ターフェイス回路13内のスイッチ回路群をパーソナル
コンピュータ10で制御することにより、振動を生じる
ことなく複数の全体の生体反応を個別(または並列)に
記録することが可能となる。また、本実施の形態の生体
電気信号記録装置では、電気刺激信号発生装置12から
定電圧の電気刺激信号を出力するようにしたが、電気刺
激信号発生装置12から定電流の電気刺激信号を出力す
ることも可能である。この場合には、図2に示すスイッ
チ回路(2)24、加算器26は必要ない。
In the bioelectric signal recording apparatus according to the present embodiment, a plurality of sets of the interface circuit 13 and the microelectrode 14 shown in FIG. 1 or FIG. By controlling with the personal computer 10, it is possible to record a plurality of whole biological reactions individually (or in parallel) without generating vibration. Further, in the bioelectric signal recording device of the present embodiment, a constant voltage electric stimulation signal is output from the electric stimulation signal generating device 12, but a constant current electric stimulation signal is output from the electric stimulation signal generating device 12. It is also possible. In this case, the switch circuit (2) 24 and the adder 26 shown in FIG.

【0023】[実施の形態2]図8は、本発明の実施の
形態2の生体電気信号記録装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。同図において、13a〜13nはインター
フェイス回路、14a〜14nは微小電極、21a〜2
1nは入力増幅器、22a〜22nは直流電位保持回
路、23a〜23nはスイッチ回路(1)、24a〜2
4nはスイッチ回路(2)、25a〜25nはスイッチ
回路(3)、26a〜26nは加算器である。本実施の
形態の生体電気信号記録装置は、n個のインターフェイ
ス回路(13a〜13n)とn個の微小電極(14a〜
14n)、即ち、図1、あるいは図2に示すインターフ
ェイス回路13と微小電極14との組をn組設けて、イ
ンターフェイス回路(13a〜13n)内のスイッチ回
路群をパーソナルコンピュータ10で制御するようにし
たものである。
[Second Embodiment] FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a bioelectric signal recording apparatus according to a second embodiment of the present invention. In the figure, 13a to 13n are interface circuits, 14a to 14n are microelectrodes, 21a to 2a.
1n is an input amplifier, 22a to 22n are DC potential holding circuits, 23a to 23n are switch circuits (1), 24a to 2
4n is a switch circuit (2), 25a to 25n are switch circuits (3), and 26a to 26n are adders. The bioelectric signal recording apparatus according to the present embodiment has n interface circuits (13a to 13n) and n microelectrodes (14a to 14a).
14n), that is, n sets of the interface circuit 13 and the microelectrode 14 shown in FIG. 1 or FIG. 2 are provided, and the switch circuit group in the interface circuits (13a to 13n) is controlled by the personal computer 10. It was done.

【0024】また、本実施の形態の生体電気信号記録装
置では、インターフェイス回路(13a〜13n)は、
複数の集積回路を用いてモジュール化されている。
In the bioelectric signal recording apparatus of the present embodiment, the interface circuits (13a to 13n)
It is modularized using a plurality of integrated circuits.

【0025】即ち、入力増幅器(21a〜21n)とし
て増幅器素子、スイッチ回路(1)(23a〜23
n)、スイッチ回路(2)(24a〜24n)、および
スイッチ回路(3)(25a〜25n)をアナログスイ
ッチ回路素子を用い、また、直流電位保持回路(22a
〜22n)としてサンプルホールド回路を組み合わせて
一つのモジュールとされている。このモジュールをn個
(例えば、64個)並列に接続し、全体を1つのパーソ
ナルコンピュータ10による制御するシステムとして構
成される。なお、本実施の形態の生体電気信号記録装置
で実現したモジュールは、それ自体を1つの集積回路装
置とすることも可能である。
That is, an amplifier element and a switch circuit (1) (23a-23) are used as input amplifiers (21a-21n).
n), switch circuits (2) (24a to 24n), and switch circuits (3) (25a to 25n) using analog switch circuit elements, and a DC potential holding circuit (22a
To 22n) to form one module by combining the sample and hold circuits. This module is configured as a system in which n (for example, 64) modules are connected in parallel and the whole is controlled by one personal computer 10. It should be noted that the module realized by the bioelectric signal recording device of the present embodiment can itself be a single integrated circuit device.

【0026】本実施の形態の生体電気信号記録装置によ
れば、インターフェイス回路(13a〜13n)をモジ
ュール化し、パーソナルコンピュータ10からの制御信
号で各スイッチ回路(23a〜23n,24a〜24
n,25a〜25n)を構成するアナログスイッチ回路
素子を制御するようにしたので、インターフェイス回路
(13a〜13n)を微小電極(14a〜14n)の直
ぐ近く設置し、かつ、振動の影響を全く受けることな
く、安定した生体電気信号記録を行うことが可能であ
る。
According to the bioelectric signal recording device of the present embodiment, the interface circuits (13a to 13n) are modularized, and each switch circuit (23a to 23n, 24a to 24n) is controlled by a control signal from the personal computer 10.
n, 25a to 25n), so that the interface circuits (13a to 13n) are installed very close to the microelectrodes (14a to 14n), and are completely affected by vibration. It is possible to perform stable bioelectric signal recording without the need.

【0027】[実施の形態3]図9は、本発明の実施の
形態3の生体電気信号記録装置を説明するための図であ
り、図10は、図9に示すAの部分を拡大して示す図で
ある。本実施の形態の生体電気信号記録装置は、生体電
気信号計測の手法として広く用いられている手法である
ガラス管微小電極15を用いる測定手法に、前記実施の
形態2に示す生体電気信号記録装置を併用したものであ
る。即ち、図9に示すように、64個の微小電極14を
有する基板17上に搭載された細胞群の1つの細胞にガ
ラス管微小電極15を挿入し、パーソナルコンピュータ
10からの制御信号を用いたリモートコントロールによ
り、64個の微小電極14を1つずつ順に電気刺激信号
発生装置12に接続して電気刺激を行い、ガラス管微小
電極15から得られる細胞膜電流を増幅器16で増幅
し、記録するようにしたものである。なお、図10に
は、この時ガラス管微小電極15から出力される細胞膜
電流も同時に図示している。
Third Embodiment FIG. 9 is a diagram for explaining a bioelectric signal recording apparatus according to a third embodiment of the present invention. FIG. 10 is an enlarged view of a portion A shown in FIG. FIG. The bioelectric signal recording device according to the present embodiment is different from the bioelectric signal recording device according to the second embodiment in a measurement method using the glass tube microelectrode 15 which is a method widely used as a method for measuring a bioelectric signal. Is used in combination. That is, as shown in FIG. 9, the glass tube microelectrode 15 was inserted into one cell of the cell group mounted on the substrate 17 having 64 microelectrodes 14, and a control signal from the personal computer 10 was used. By remote control, 64 microelectrodes 14 are sequentially connected one by one to the electrostimulation signal generator 12 to perform electrostimulation, and the cell membrane current obtained from the glass tube microelectrode 15 is amplified by the amplifier 16 and recorded. It was made. FIG. 10 also shows the cell membrane current output from the glass tube microelectrode 15 at this time.

【0028】前記した如く、入力インピーダンスの高い
測定系では、一般にノイズに対して非常に敏感なため、
入力部分からケーブルを伸ばして離れたところで切り換
えを行うことは不可能であり、スイッチ部を入力部の直
ぐ近く設置する必要がある。そのため、ガラス管微小電
極15を用いる測定手法は、振動に極端に弱いという欠
点があったが、本実施の形態の生体電気信号記録装置の
ように、ガラス管微小電極15を用いる測定手法と前記
実施の形態2に示す生体電気信号記録装置とを併用する
ことにより、振動等の影響を全く受けることなく、安定
した生体電気信号記録を行うことが可能である。なお、
ガラス管微小電極15を用いる測定手法と前記実施の形
態2に示す生体電気信号記録装置とを併用する場合に
は、図9に示す主増幅器11は必要ないので、図9に示
す主増幅器11は省略することも可能である。以上、本
発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づ
き具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更可能であることは勿論である。
As described above, a measurement system having a high input impedance is generally very sensitive to noise.
It is impossible to extend the cable from the input part and switch it away, and it is necessary to install the switch part very close to the input part. For this reason, the measurement method using the glass tube microelectrode 15 has a drawback that it is extremely weak to vibration. However, the measurement method using the glass tube By using together with the bioelectric signal recording device described in Embodiment 2, stable bioelectric signal recording can be performed without being affected by vibration or the like at all. In addition,
When the measurement method using the glass tube microelectrode 15 and the bioelectric signal recording apparatus described in the second embodiment are used together, the main amplifier 11 shown in FIG. It can be omitted. As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the invention. Of course, it is.

【0029】[0029]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0030】(1)本発明によれば、1つの微小電極
で、電気刺激と生体電気信号記録の両方を行うことがで
き、しかも電気刺激後ごく短時間で生体電気信号記録が
可能となる。
(1) According to the present invention, a single microelectrode can perform both electrical stimulation and bioelectric signal recording, and can record a bioelectric signal in a very short time after the electrical stimulation.

【0031】(2)本発明によれば、複数の微小電極を
切り換えてそれぞれに対応した生体電気信号を計測する
ことができ、その際、振動等の問題が発生しないため、
ガラス管微小電極を用いる計測手法等との併用が可能と
なる。
(2) According to the present invention, a plurality of microelectrodes can be switched to measure a bioelectric signal corresponding to each of the plurality of microelectrodes. At this time, problems such as vibration do not occur.
It can be used in combination with a measurement method using a glass tube microelectrode.

【0032】(3)本発明によれば、電気刺激強度の精
確な制御が可能であり、再現性に優れた応答を得ること
が可能となる。
(3) According to the present invention, precise control of the electric stimulus intensity is possible, and a response with excellent reproducibility can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1の生体電気信号記録装置
の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a bioelectric signal recording device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すインターフェイス回路の具体的な構
成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of the interface circuit shown in FIG.

【図3】図2に示すスイッチ回路(1)〜スイッチ回路
(3)のオン、オフのタイミングを示すタイミングチャ
ートである。
FIG. 3 is a timing chart showing on / off timings of the switch circuits (1) to (3) shown in FIG. 2;

【図4】本実施の形態1の生体電気信号記録装置で電気
刺激を行う際に、微小電極に生じる電位変化の過渡現象
と、従来の生体電気信号記録装置で電気刺激を行う際
に、微小電極に生じる電位変化の過渡現象とを比較した
結果を示すグラフである。
FIG. 4 shows a transient phenomenon of a potential change occurring at a microelectrode when performing electrical stimulation with the bioelectric signal recording device of the first embodiment and a microscopic phenomenon when performing electrical stimulation with a conventional bioelectric signal recording device. 6 is a graph showing a result of comparison with a transient phenomenon of a potential change occurring in an electrode.

【図5】従来の生体電気信号記録装置の一例の概略構成
を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of an example of a conventional bioelectric signal recording device.

【図6】本実施の形態1の生体電気信号記録装置を用い
て実際に測定した生体電気信号の波形の一例を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a waveform of a bioelectric signal actually measured using the bioelectric signal recording device according to the first embodiment.

【図7】本実施の形態1の生体記録装置を用いて電気刺
激を行い、1つの細胞からの生体電気信号を記録した一
例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example in which electrical stimulation is performed using the biological recording device of the first embodiment and a biological electrical signal from one cell is recorded.

【図8】本発明の実施の形態2の生体電気信号記録装置
の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a bioelectric signal recording device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態3の生体電気信号記録装置
を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a bioelectric signal recording device according to a third embodiment of the present invention.

【図10】図9に示すAの部分を拡大して示す図であ
る。
FIG. 10 is an enlarged view showing a portion A shown in FIG. 9;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…パーソナルコンピュータ、11…主増幅器、12
…電気刺激信号発生装置、13,13a〜13n…イン
ターフェイス回路、14,14a〜14n…微小電極、
15…ガラス管微小電極、16…増幅器、17…基板、
21,21a〜21n…入力増幅器、22,22a〜2
2n…直流電位保持回路、23,23a〜23n…スイ
ッチ回路(1)、24,24a〜24n…スイッチ回路
(2)、25,25a〜25n…スイッチ回路(3)、
26,26a〜26n…加算器、35…スイッチ回路。
10 personal computer, 11 main amplifier, 12
... Electrical stimulus signal generator, 13, 13a-13n ... Interface circuit, 14, 14a-14n ... Microelectrode
15: glass tube microelectrode, 16: amplifier, 17: substrate,
21, 21a to 21n: input amplifier, 22, 22a to 2
2n: DC potential holding circuit, 23, 23a to 23n: switch circuit (1), 24, 24a to 24n: switch circuit (2), 25, 25a to 25n: switch circuit (3),
26, 26a to 26n: adder, 35: switch circuit.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 微小電極と、 前記微小電極に電気刺激信号を印加する電気刺激信号発
生装置と、 前記微小電極からの生体電気信号を増幅する主増幅器
と、 前記主増幅器で増幅された生体電気信号を記録する記録
手段と、 前記微小電極と、前記電気刺激信号発生装置および前記
主増幅器との間に接続されるインターフェイス回路であ
って、前記微小電極からの生体電気信号を増幅する入力
増幅器と、前記主増幅器に入力される生体電気信号の直
流電位を保持する直流電位保持回路と、前記電気刺激信
号発生装置からの電気刺激信号と前記直流電位保持回路
からの直流電位とを加算する加算器と、前記入力増幅器
と前記主増幅器との間に接続される第1のスイッチ回路
と、前記加算器と前記直流電位保持回路との間に接続さ
れる第2のスイッチ回路と、前記微小電極と前記加算器
との間に接続される第3のスイッチ回路とを有するイン
ターフェイス回路と、 前記インターフェイス回路の第1ないし第3のスイッチ
回路を制御する制御手段とを具備することを特徴とする
生体電気信号記録装置。
A microelectrode; an electrostimulation signal generator for applying an electrostimulation signal to the microelectrode; a main amplifier for amplifying a bioelectric signal from the microelectrode; and a bioelectric amplifier amplified by the main amplifier. Recording means for recording a signal; and the microelectrode; an interface circuit connected between the electrical stimulation signal generator and the main amplifier; and an input amplifier for amplifying a bioelectric signal from the microelectrode. A DC potential holding circuit that holds a DC potential of a bioelectric signal input to the main amplifier, and an adder that adds an electrical stimulation signal from the electrical stimulation signal generator and a DC potential from the DC potential holding circuit. A first switch circuit connected between the input amplifier and the main amplifier, and a second switch connected between the adder and the DC potential holding circuit An interface circuit having a path, a third switch circuit connected between the microelectrode and the adder, and control means for controlling the first to third switch circuits of the interface circuit. A bioelectric signal recording device, characterized in that:
【請求項2】 前記微小電極と前記インターフェイス回
路との組を、複数組具備することを特徴とする請求項1
に記載の生体電気信号記録装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein a plurality of sets of said microelectrodes and said interface circuit are provided.
A bioelectric signal recording device according to claim 1.
【請求項3】 前記インターフェイス回路を、モジュー
ル化したことを特徴とする請求項1または請求項2に記
載の生体電気信号記録装置。
3. The bioelectric signal recording device according to claim 1, wherein the interface circuit is modularized.
【請求項4】 複数の微小電極の中の一つ以上の微小電
極を順次自動的に選択して、人体以外の生体組織、ある
いは細胞に対して順次電気刺激を与え、当該複数の電気
刺激に対する複数の生体電気信号を、検出用電極で検出
して記録することを特徴とする生体電気信号記録方法。
4. A method for automatically selecting one or more microelectrodes from among a plurality of microelectrodes in order to sequentially apply electrical stimulation to living tissue or cells other than the human body, A bioelectric signal recording method, wherein a plurality of bioelectric signals are detected and recorded by a detection electrode.
【請求項5】 人体以外の生体組織、あるいは細胞に対
して、微小電極を用いて電気刺激を与える電気刺激方法
において、 電気刺激信号発生装置から前記微小電極に印加する電気
刺激信号に対して、前記電気刺激信号を印加する直前の
前記微小電極の直流電位を加算し、前記微小電極の直流
電位のオフセット補償を行うことを特徴とする電気刺激
方法。
5. An electric stimulation method for applying electric stimulation to living tissues or cells other than the human body using microelectrodes, comprising the steps of: An electrical stimulation method comprising adding a DC potential of the microelectrode immediately before applying the electrical stimulation signal and performing offset compensation of the DC potential of the microelectrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010000124A (en) * 2008-06-18 2010-01-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Interface circuit and electrical stimulation measuring method

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