JP2008188123A - 神経信号用プローバ、神経信号出力装置、神経信号記録装置、神経刺激装置及び神経信号入出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】神経線維高選択性に神経刺激や神経活動測定ができると共に、これを安全に行える可能な神経信号用プローバ、並びにこの神経信号用プローバを用いた神経信号出力装置、神経信号記録装置、神経刺激装置及び神経信号入出力装置を提供する。
【解決手段】半導体集積回路（信号選択回路）２６を集積化した基板１３と、基板１３の上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層１１と、複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼ｐ_ij-1，ｐ_ij，ｐ_ij+1，ｐ_ij+2，……からなるプローブアレイとを備え、プローブアレイの少なくとも一部により、神経活動信号を電気信号に変換し、且つ神経を電気的に刺激する。
【選択図】図２

Description

本発明は神経信号用プローバ、並びにこの神経信号用プローバを用いた神経信号出力装置、神経信号記録装置、神経刺激装置及び神経信号入出力装置に関する。

末梢神経は、多くの求心性神経線維と遠心性神経線維の束（神経束）である。遠心性神経線維は、脳（中枢）から末梢臓器へ向かう神経線維であり、骨格筋の運動（収縮弛緩等）を調節する運動神経線維や、心臓・血管・肺・胃腸・膀胱・汗腺等の各臓器機能を調節する自律神経線維（交感神経線維と迷走神経線維）がある。一方、求心性神経線維は、末梢臓器から脳（或いは脊髄等）へ向かう神経線維であり、皮膚・筋・腱・骨膜・関節嚢・靱帯等からの物理的状態（機械的状態・温度等）や化学的状態（生理物質の濃等）などの情報を伝える。これには、痛覚・触覚・圧覚・温度覚等として知覚される感覚神経線維や、知覚されない神経線維がある。各神経線維は、身体の各所毎に、又その機能毎に群をなして、神経束内において局在している（非特許文献１参照）。

非特許文献１に記載されているように、これらの神経線維は、活動電位が同一神経線維細胞の隣接する膜部位を刺激し、新たに活動電位を発生させる興奮電導によって、電気的に生体情報を伝える。この神経信号は、細胞外電極によって、電極近傍の神経線維群において活動電流から細胞外液を流れた電流分を、神経活動として測定できる。神経活動を測定すれば、神経の生体情報伝達の生理や、その病態異常を捉えられる。例えば、非特許文献２と３は、それぞれヒトと動物の交感神経活動を測定し、その循環調節機能を解析して開示している。

一方、神経を電気刺激すると、神経線維細胞に活動電位を生じさせ、神経線維の繋がる臓器（脳・骨格筋・心臓・血管等）を刺激できる。この神経束内には複数種の神経線維が存在するため、特定の（必要なら複数種の）神経線維（群）について、神経系の情報の計測や神経系への情報入力する神経インターフェイスが、神経に関する医学生理学研究、各種病態の解明や治療開発に有用であると思われる。現在、神経線維群選択的に神経活動測定し或いは刺激する方法、又複数の神経線維群を同時に神経活動測定し或いは刺激する方法は十分でない。

例えば、電極巻き付き方式（非特許文献２及び４参照。）は、神経束全体からの電気信号を測定したり、神経束全体を電気刺激する方法であり、各神経線維（群）への選択性はない。又、金属性微小針電極（非特許文献３参照。）は、１種類の細胞外電位の測定であり、複数の神経線維群を測定刺激することはできない。

又、一旦切断した神経の自己再生能力を利用した神経再生電極型デバイスも考案されたが、神経を切断してしまうため、小動物でも２〜３ヶ月間は体内でデバイスを保持しつつ神経の回復再生を待たねばならず、再生する前に抗体や運動によるダメージでデバイスを体内で破損してしまうことが多く、神経活動を記録困難であった。又、切断された神経線維（種）が、すべて元通りに再生するか危惧され、甚だ安全とは言えない。

これらに対し、神経束内に電極を複数個配置する剣山型電極は有用だと思われ、米国ユタ大学のR.A.ノーマン(Norman)によって剣山型電極アレイが発表されている（非特許文献５，第１図参照。）。現在、直径１００μｍ程度のＳｉ鍼電極を、電極間隔４００μｍ程度にアレイ化したものが報告されている。
本郷利憲、他４人、「標準生理学（第４版）」、株式会社医学書院、１９９６年１０月１日、ｐ．８８−９０、Ｐ．２１８−２１９、ｐ．２８６−３０９、ｐ．３６６−３８６ 神谷厚範、道上大策他、「抗重力筋の等尺性運動に対する交感神経・血圧応答は、長期臥床によって低下する（Bed rest attenuates sympathetic and pressor responses to isometric exercise in antigravity leg muscles in humans）」、米国生理学雑誌 調節統合生理（ Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol)、２００４年、第２８６巻（５）、ｐ．８４４−８５０ 神谷厚範、川田徹他、「圧受容器圧を変化させた時の筋交感神経活動の分時値は腎臓及び心臓交感神経活動と相似である（Muscle sympathetic nerve activity (SNA) averaged over 1 minute parallels renal and cardiac SNAs in response to forced baroreceptor pressure change）」、循環（Circulation）、２００５年、第１１２巻（４）、ｐ．３８４−３８６ 李梅花他、「迷走神経刺激は慢性心不全ラットの長期生存を著しく改善する（Vagal Nerve Stimulation Markedly Improves Long-Term Survival After Chronic Heart Failure in Rats)、循環（Circulation）、 ２００４年、第１０９巻、ｐ．１２０−１２４ ブランナー・アルムット(Branner Almut) 、ノーマン・リチャード・アラン(Normann Richard Alan)、脳研究紀要(Brain Research Bulletin)、２０００年、第５１巻（４）、ｐ．２９８−３０６

しかしながら、非特許文献５に記載の剣山型電極は、針電極の材質がシリコン（Ｓｉ）であるため機械的強度が十分でなく、長期間植え込んだ時に神経束内でＳｉ針電極が折れて、神経障害を起こす危険がある。非特許文献５に記載の剣山型電極が、ヒト臨床応用されていない一因は、剣山型電極の機械的強度の問題であると考えられる。

更に非特許文献５に記載の剣山型電極では、Ｓｉを用いていることにより機械的強度が低く、細かい電極間隔で細く長い針を配置する十分に微細な電極アレイを作製困難である。このため、現在、直径１００μｍ程度の鍼電極を、電極間隔４００μｍ程度にアレイ化したものに留まっている。非特許文献５に記載の剣山型電極は、装置サイズが過大なため、細い神経を対象にしにくいと思われる。

特に、神経内には複数種の神経線維が存在するため、特定の（必要なら複数種の）神経線維を選択的刺激し又（或いは）その活動を選択的記録できる神経インターフェイスが、医学や学術研究に要求されている。しかしながら、非特許文献２〜４等に記載された金属性微小針電極や電極巻き付け方式は、１種類の細胞外電位（〜数１０μＶ）の測定であり、神経線維選択性はなく、多チャネル化は困難である。

神経線維高選択性（多チャネル化）のためには、少なくともミクロンオーダーの神経インターフェイスによって、神経内に電極を複数個配置し、個々の電極間の電位を同時計測するシステムが必要であるが、上記のように、非特許文献２〜４等に記載された装置例は様々な問題点を有する。

上記問題点を鑑み、本発明の目的は、神経線維高選択性に神経刺激や神経活動測定ができると共に、これを安全に行える神経信号用プローバ、並びにこの神経信号用プローバを用いた神経信号出力装置、神経信号記録装置、神経刺激装置及び神経信号入出力装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、（イ）基板と、（ロ）基板の上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層と、（ハ）複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼からなるプローブアレイとを備え、プローブアレイの少なくとも一部を神経に刺すことにより得られた神経活動信号を電気信号として出力し、且つ金属鍼を用いて、神経に電気信号を出力する神経信号用プローバであることを要旨とする。

本発明の第２の態様は、（イ）少なくとも信号選択回路を有する半導体集積回路を集積化した基板と、（ロ）基板の上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層と、（ハ）複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼からなるプローブアレイと、（ニ）プローブアレイの少なくとも一部を神経に刺すことにより得られた神経活動信号を、信号選択回路で電気信号として選択且つ増幅して出力し、更に、信号選択回路を制御する制御回路とを備える神経信号出力装置であることを要旨とする。

本発明の第３の態様は、（イ）基板と、（ロ）基板の上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層と、（ハ）複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼からなるプローブアレイと、（ニ）プローブアレイの少なくとも一部を神経に刺すことにより得られた神経活動信号を電気信号として処理する信号処理回路と、（ホ）該信号処理回路の出力を記録する記録装置とを備える神経信号記録装置であることを要旨とする。

本発明の４の態様は、（イ）少なくとも信号選択回路を有する半導体集積回路を集積化した基板と、（ロ）基板の上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層と、（ハ）複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼からなるプローブアレイと、（ニ）神経を刺激するための電気信号を生成する信号発生回路と、（ホ）神経を刺激するための神経刺激信号が、プローブアレイの少なくとも一部を介して神経を刺激するように、信号選択回路を制御する制御回路とを備え、信号選択回路で選択した特定の金属鍼を用いて、神経を刺激する神経刺激装置であることを要旨とする。

本発明の第５の態様は、（イ）少なくとも信号選択回路を有する半導体集積回路を集積化した基板と、（ロ）基板の上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層と、（ハ）複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼からなるプローブアレイと、（ニ）神経を刺激するための神経刺激信号を生成する信号発生回路と、（ホ）プローブアレイの少なくとも一部を神経に刺すことにより得られた神経活動信号を電気信号として増幅して出力し、更に、神経を刺激するための神経刺激信号が、プローブアレイの少なくとも一部を介して神経を刺激するように、信号選択回路を制御する制御回路とを備える神経信号入出力装置であることを要旨とする。

本発明によれば、神経線維高選択性に神経刺激や神経活動測定ができると共に、これを安全に行える神経信号用プローバ、並びにこの神経信号用プローバを用いた神経信号出力装置、神経信号記録装置、神経刺激装置及び神経信号入出力装置を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す第１及び第２の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
図１〜図３に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る神経信号用プローバは、半導体集積回路（信号選択回路）２６を集積化した基板１３と、基板１３の上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層１１と、基板１３と台座層１１との間に配置され、複数の植込用貫通孔に対応した位置に、それぞれ配線用貫通孔を有するスペーサ層１２と、複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼ｐ_ij-1，ｐ_ij，ｐ_ij+1，ｐ_ij+2，……からなるプローブアレイとを備える。そして、プローブアレイの少なくとも一部により、神経活動信号を電気信号に変換し、且つ神経を電気的に刺激する。

なお、図２は図１に示す平面図のＩ−Ｉ方向から見た模式的な断面図、図３は図１に示す平面図のII−II方向から見た模式的な断面図である。図１及び図３では図示を省略しているが、基板１３、スペーサ層１２及び台座層１１からなる積層体は、図２に示すように、シリコーン樹脂等の体内に挿入されても問題のない樹脂２７でモールドされている。

図１に示す平面図から分かるように、第１の実施の形態に係る神経信号用プローバにおいては、金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜ｎ；ｊ＝１〜ｍ：ｎ，ｍは２以上の整数）は、２次元平面でマトリクス状に配置されている。マトリクス状配置のピッチは、神経線維の高選択性を鑑みれば、５０〜５００μｍの範囲のピッチで選択するのが好ましい。神経活動信号を電気信号に変換し、且つ神経を電気的に刺激する目的を考慮すると、ｎ，ｍの少なくとも一方は６以上であることが好ましい。図１〜３では１チャネル８個、計４チャネルの例を示しており、この場合は、ｎ＝４，ｍ＝８で、例えば、図３に示したｐ_i+1j＝ｐ_4j，ｐ_ij＝ｐ_3j，ｐ_i-1j＝ｐ_2j，ｐ_i-2j＝ｐ_1jとなる。金属鍼ｐ_ijが２次元平面でマトリクス状に配置されているので、当然、金属鍼ｐ_ijを植え込む植込用貫通孔が、５０〜５００μｍの範囲のピッチで少なくとも６個以上、台座層１１に周期的に開口されている。

基板１３の材料はシリコン（Ｓｉ）や砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等の半導体基板、有機系の種々な合成樹脂、セラミック、ガラス等の無機系の材料が使用可能である。有機系の樹脂材料としては、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等が使用可能で、又板状にする際の芯となる基材は、紙、ガラス布、ガラス基材などが使用される。無機系の基板材料として一般的なものはセラミックである。又、放熱特性を高めるものとして金属基板、透明な基板が必要な場合には、ガラスが用いられる。セラミック基板の素材としてはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、ベリリア（ＢｅＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等が使用可能である。更に、鉄、銅などの金属上に耐熱性の高いポリイミド系の樹脂板を積層して多層化した金属ベースの基板（金属絶縁基板）でも構わない。半導体基板の場合は、強度の点からＳｉが好ましい。半導体集積回路（信号選択回路）２６は、半導体基板モノリシックに集積化しても良く、合成樹脂、セラミック、ガラス等の絶縁性基板にハイブリッドに集積化しても良い。図２及び図３では基板１３の上部に半導体集積回路（信号選択回路）２６を集積化した場合を例示しているが、半導体集積回路（信号選択回路）２６を集積化する箇所は、図２及び図３に例示した構造に限定されず、基板１３の中央部に埋め込む形でも良く、基板１３の下部に配置しても良い。

図２では、基板１３とスペーサ層１２との間には金属配線層２３が模式的に示され、更に図１に示すように、基板１３の周辺部にボンディングパッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが形成されている。

具体的には、複数のボンディングパッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、例えば、Ｓｉからなる基板１３の素子形成面に形成された１×１０^１８ｃｍ^−３〜１×１０^２１ｃｍ^−３程度のドナー若しくはアクセプタがドープされた複数の高不純物密度領域（ソース領域／ドレイン領域、若しくはエミッタ領域／コレクタ領域等）等にそれぞれ、接続されている。そして、この複数の高不純物密度領域（にオーミック接触するように、アルミニウム（Ａｌ）、若しくはアルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ）等の金属からなる複数の電極層が形成されている。そしてこの複数の電極層の上部には、酸化膜（ＳｉＯ_２)、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜、窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４)、或いはポリイミド膜等からなるパッシベーション膜が形成されている。そして、パッシベーション膜の一部に複数の電極層を露出するように複数の開口部（窓部）を設け、複数のボンディングパッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを構成している。或いは、複数の電極層と金属配線で接続された他の金属パターンとして、複数のボンディングパッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを形成してもかまわない。又、ＭＯＳＦＥＴ等であれば、ポリシリコンゲート電極にアルミニウム（Ａｌ）、若しくはアルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ）等の金属からなる複数のボンディングパッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを形成することが可能である。或いは、複数のポリシリコンゲート電極に接続されたゲート配線等の複数の信号線を介して、他の複数のボンディングパッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを設けても良い。ポリシリコンからなるゲート電極の代わりに、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属、これらのシリサイド（ＷＳｉ_２，ＴｉＳｉ_２，ＭｏＳｉ_２）等、或いはこれらのシリサイドを用いたポリサイド等からなるゲート電極でも構わない。図１で金属鍼ｐ_i-2jを通る１番上の行（アレイ）の信号がボンディングパッド２４ｄから取り出され、図１で金属鍼ｐ_i-1jを通る上から２番目の行（アレイ）の信号がボンディングパッド２４ｃから取り出され、金属鍼ｐ_ij-1，ｐ_ij，ｐ_ij+1，ｐ_ij+2，……で示す上から３番目の行（アレイ）の信号がボンディングパッド２４ｂら取り出され、金属鍼ｐ_i＋１jを通る上から４番目の行（アレイ）の信号がボンディングパッド２４ａから取り出される。

図２では、あたかも、金属配線層２３とボンディングパッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄとが同一配線レベルにあるかのように示しているが、模式的な表現であり、金属配線層２３は、ボンディングパッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの層よりも下の配線レベルの金属配線でも良い。これらは、半導体集積回路（信号選択回路）２６の多層配線の設計によって決めれば良い。又、図２では、ボンディングパッド２４ｂにボンディングワイヤ２５ｂが接続された状態を例示しているが、他のボンディングパッド２４ａ，２４ｃ，２４ｄも同様に、ボンディングワイヤが接続される（図１１（ｂ）参照。）。

図１の上面図に各金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜ｎ；ｊ＝１〜ｍ：ｎ，ｍは２以上の整数）を囲む破線の正方形を各金属鍼ｐ_ijの位置に対応して複数個マトリクス状に示したように、各金属鍼ｐ_ijは、ボンディングパッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの層と同一の配線レベルの金属層からなるランド（電極パッド）を介して、半導体集積回路（信号選択回路）２６の入・出力端子に接続される。マトリクス状に配列された半導体集積回路（信号選択回路）２６のランド（電極パッド）と各金属鍼ｐ_ijは、それぞれ独立した配線経路となるように、ランド（電極パッド）上に配置された接続部材で電気的に接続される。「接続部材」としては、半田ボール、金（Ａｕ）バンプ、銀（Ａｇ）バンプ、銅（Ｃｕ）バンプ、ニッケル／金（Ｎｉ−Ａｕ）バンプ、或いはニッケル／金／インジウム（Ｎｉ−Ａｕ−Ｉｎ）バンプ等が使用可能である。半田ボールとしては、例えば、直径４０μｍ乃至２５０μｍ、高さ５０μｍ乃至２００μｍの錫（Ｓｎ）：鉛（Ｐｂ）＝６：４の共晶ハンダ等が使用可能である。或いは、Ｓｎ：Ｐｂ＝５：９５の半田でも良い。接続部材の大きさやランド（電極パッド）の大きさは、各金属鍼ｐ_ijの配線ピッチで設計すれば良い。 図４は図２に対応する組み立て図であるが、スペーサ層１２に設けられたフィードスルー貫通孔に金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）等の柔らかい金属からなる埋込プラグ２２が埋め込まれている。そして、埋込プラグ２２の上に半田ボール、Ａｕバンプ等の接続部材２１が配置され、図２に示すように、金属鍼ｐij-1，ｐij，ｐij+1，ｐij+2，……の底部と埋込プラグ２２の上端面が接続される。そして、埋込プラグ２２の下端面と半導体集積回路（信号選択回路）２６のランド（電極パッド）とが、図示を省略した接続部材により接続される。

台座層１１及びスペーサ層１２の材料もＳｉ等の半導体材料の他、合成樹脂、セラミック、ガラス等の絶縁性材料を使用可能である。台座層１１及びスペーサ層１２に、金属材料を用いることも可能であるが、その場合は、樹脂若しくは他の絶縁膜で表面を被覆処理して、絶縁性を確保する必要がある。Ｓｉは、微細加工の容易性及び機械的強度の点で、台座層１１及びスペーサ層１２の材料として好適である。

図５に詳細を示すように、金属鍼ｐ_ijは、それぞれ電極鍼本体１１_ijと、この電極鍼本体１１_ijを部分的に被覆する絶縁被膜１２_ijとからなる。電極鍼本体１１_ijとしては、３００ＨＶ以上の高硬度、１ＧＰａ程度の高抗折力の金属が好ましい。例えば、タングステン（Ｗ）、炭化タングステン（ＷＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）等の単体の金属等種々の金属が使用可能である。これらの金属は弾性に富むので、電極鍼本体１１_ijの材料として、好適である。又、これらの金属材料の表面に金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等をめっきした構成でも構わない。金属鍼ｐ_ijの直径は、先端部Ａを除き、直径５μｍ^Φ〜５０μｍ^Φ程度が、神経線維の高選択性の点から好適である。つまり、金属鍼ｐ_ijを５０〜５００μｍの範囲のピッチで配置するためには、少なくとも、このピッチより小さな直径である必要があり、好ましくは、このピッチの１／３以下、更に好ましくは、ピッチの１／５以下、更に好ましくはピッチの１／１０以下の直径とすれば良い。Ｗ線であれば直径１０μｍ^Φ程度のものは市場で入手可能である。

図５（ａ）に示すように、金属鍼ｐ_ijの先端部Ａと底部Ｂを除き絶縁被膜１２_ijが形成されている。絶縁被膜１２_ijには、ポリ・モノクロロ・パラキシリレン樹脂やポリパラキシリレン樹脂等のパラキシリレン系樹脂が好適である。これらのパラキシリレン系樹脂はＣＶＤ法で金属からなる電極鍼本体１１_ijの表面に形成できる。電極鍼本体１１_ijの尖鋭化された先端部Ａは、５×５μｍ²〜１０×１０μｍ²程度の、できるだけ小さな接触面積となるようにして、一部が露出し、ここで電気的導通をもたせた構造となっている。図５（ｂ）に示すように、電極鍼本体１１_ijの先端部の角度θは、神経細胞への挿入時の抵抗を低減するために、できるだけ鋭角にするのが望ましく、理想的には、電極鍼本体１１_ijの先端部の角度θは、０．０１°から１０°程度、更に０．０１°から１°程度が望まれる。現実の工業的見地からは、電極鍼本体１１_ijの先端部の角度θが、３０°から４５°程度であれば、容易に実現できる。しかしながら、電極鍼本体１１_ijの先端部の角度θを、１５°から３０°程度にするのも困難ではない。電極鍼本体１１_ijの先端部をできるだけ鋭角にする加工はアルカリ電界エッチングが好適である。

Ｓｉのせん断応力は約１００ＧＰａであるのに対し、例えば、Ｗのせん断応力は約３００ＧＰａである。図６は、鍼の太さを横軸に鍼の長さを縦軸にプロットし、Ｓｉ鍼が折れるポイントとＷ鍼が折れるポイントを比較したものである。具体的には、鍼の横方向から０．２μＮ／μｍ²の力がかかった場合の変形限界（塑性限界、破壊限界）の長さを測ったものである。Ｗ鍼の方が、圧倒的にＳｉ鍼が折れるポイントよりも細い直径で、全長を長くできることが分かる。

神経に鍼を挿入中、鍼への横方向からの応力はかからないと想定した場合は、どんなに細いＳｉ鍼でも使用に耐えると考えられる。しかしこれは麻酔などによって動かない状態を強いられているような特殊な状態に可能である。慢性体（活動状態）場合は神経の伸び縮みが生じる可能性が高く、確実に鍼へのせん断応力がかかることが推察される。この時に弾性限界に達した鍼材が折れて分離してしまった場合は、これを取り出すことは困難であり又神経へのダメージを残すことが懸念される。このため神経内で大きなせん断応力がかかって折れ曲がってしまったとしても塑性変形にとどまり分離しない材質であることが望ましく必須であると考える。兎などの小動物実験では、神経の太さは太くても３ｍｍ程度であるので鍼の長さは最長でも１．５ｍｍ以下で良いだろうが、ヒトの神経は太さ数ｍｍ〜２０ｍｍもあり、必要とされる鍼長さは１ｍｍ以下で良いところもあれば、場所によっては５ｍｍ〜１０ｍｍという長さが必要とされる。

図６の結果を見れば、Ｓｉ鍼での対応は不可能であり、細さを維持して長さを広く設定できるのはＷやＭｏなどの弾性に富み抗折力の高い低抵抗率の金属鍼であることが分かる。例えば、Ｗの抵抗率は２〜６×１０^-8Ωｃｍであるのに対し、ほぼ固溶度限界の１×１０²⁰ｃｍ^-3もの高濃度に不純物を添加したｎ型Ｓｉの抵抗率は８×１０^-4Ωｃｍであり、４桁も抵抗率が高い。通常、８×１０^-4Ωｃｍよりも、Ｓｉの抵抗率を下げるのは不可能である。

第１の実施の形態に係る神経信号用プローバは、電極鍼本体１１_ijの材料として、金属を用いているので、Ｓｉ鍼の場合のように折れて障害を起こす危険性がなく、且つ１００μｍ以下の間隔で配置できるため、精微なアレイ状のデバイスを実現できる。しかも、抵抗率が低いので電極鍼本体１１_ijを介した信号伝搬経路での雑音に強く、特に神経信号のような微弱電圧の信号検出に好適である。この結果、第１の実施の形態に係る神経信号用プローバは、神経線維の高選択性と高検出感度を維持しつつ、神経刺激や神経活動の測定ができ、更にこれを安全に長期間慢性的に行える利点を有する。

一般に、神経信号を取得するには、神経に刺した各金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜ｎ；ｊ＝１〜ｍ：ｎ，ｍは２以上の整数）の中から２つの電極からなるペアを選択すれば良い。しかしながら、神経に刺した金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜ｎ；ｊ＝１〜ｍ：ｎ，ｍは２以上の整数）からなるプローブアレイの中から特定の１つの電極を選択し、神経外の組織内にプローブアレイとは別の電極を設けても、神経活動を記録できる（実際に、現行のヒト微小神経電図法では、針電極（１本）を神経内に、もう１本は皮膚に刺して、神経記録をしている。）そこで、図１に示した金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜ｎ；ｊ＝１〜ｍ：ｎ，ｍは２以上の整数）からなるプローブアレイから測定に必要な電極を、２つ又は１つを選択すれば良い。図７は、半導体集積回路（信号選択回路）２６に多重変換器（マルチプレサ）５３をセレクタ（アナログスイッチ）として備え、神経から神経信号の受信のみを行い、外部回路２８に出力する神経信号出力装置の概略の回路構成を示す。図１〜３に対応してｎ＝４チャネルの場合を示しており、４チャネルの入力端子Ｐ_i1，Ｐ_i2，Ｐ_i3，Ｐ_i4のそれぞれに低雑音増幅器からなるバッファ増幅器５１，…，５２が接続され、バッファ増幅器５１，…，５２の出力が多重変換器（マルチプレサ）５３に入力されるようにしているので、図１に示すように、信号出力用の４つのボンディングパッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは不要で、１個のボンディングパッドで良い。なお、図１〜３では１チャネル８個、計４チャネルの例を示しており、１チャネル８個の信号を独立に取り出すには、半導体集積回路（信号選択回路）２６にシフトレジスタ等の水平走査回路（水平選択回路）を集積化し、時系列で各行毎に逐次信号を取り出すようにしても良い。この場合、各金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜８；ｊ＝１〜４）に接続されるランド（電極パッド）の手前側のそれぞれに、入力選択用の半導体スイッチ（トランジスタ）を接続し、水平走査回路（水平選択回路）でそれらの半導体スイッチ（トランジスタ）を制御すれば良い。更に、図７では図示を省略しているが、半導体集積回路（信号選択回路）２６は、バッファ増幅器５１，…，５２の出力側にそれぞれ雑音補償回路（ノイズキャンセル回路）を設けても良い。

多重変換器（マルチプレサ）５３で、時系列的に１つの出力ストリームに変換された４チャネルの信号は、ボンディングワイヤ等の出力配線２５_pを介して多重変換器（マルチプレサ）５３の外部、即ち、第１の実施の形態に係る神経信号用プローバの外部の外部回路２８に入力される。外部回路２８の入力増幅器５４に入力された神経信号用プローバからの信号は、入力増幅器５４で増幅された後、多重分離器（デマルチプレサ）５５で４チャネルの信号に分離され、４チャネルの信号は、それぞれ独立に出力増幅器５６，…，５７で増幅され、更に、出力増幅器５６，…，５７の出力はそれぞれ独立にローパスフィルタ（ＬＰＦ）５８，…，５９に入力され、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５８，…，５９を通過後、出力端子Ｐ_o1，Ｐ_o2，Ｐ_o3，Ｐ_o4から出力される。外部回路２８は、更に制御回路６０を備え、制御回路６０は、ボンディングワイヤ等の出力配線２５_pを介して、多重変換器（マルチプレサ）５３にチャネル選択用のクロック信号を送る。

なお、出力端子Ｐ_o1，Ｐ_o2，Ｐ_o3，Ｐ_o4から出力された信号を記録するように、外部回路２８にパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の信号処理回路と信号処理回路の出力を記録する記録装置を接続すれば、神経信号用プローバと、外部回路２８と、信号処理回路と、記録装置とで、第１の実施の形態に係る神経信号記録装置となる。既に述べたように、神経信号を取得するには、神経に刺した各金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜ｎ；ｊ＝１〜ｍ：ｎ，ｍは２以上の整数）の中から１つ又は２つの電極を選択すれば良いので、信号処理回路では、各金属鍼ｐ_ijから送られた１つ又は２つの電気信号を選択し、必要な演算処理をした後、記録装置に出力する。神経に刺した金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜ｎ；ｊ＝１〜ｍ：ｎ，ｍは２以上の整数）からなるプローブアレイの中から特定の１つの電極を選択する場合には、神経外の組織内に設けられた別の電極から別の信号が、信号処理回路に入力し、必要な演算処理をした後、演算結果が記録装置に出力される。

図８は、半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂに多重変換器（マルチプレサ）７５と多重分離器（デマルチプレサ）７６とを備え、神経信号の受信の他、神経刺激信号を外部回路２９から受信し、４チャネルの入出力端子Ｐ_i1，Ｐ_i2，Ｐ_i3，Ｐ_i4のから、各金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜８；ｊ＝１〜４）へ神経刺激信号を出力する神経信号入出力装置の概略の回路構成を示す。図８に示す第１の実施の形態に係る神経信号入出力装置において、半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂは、図７に示す半導体集積回路（信号選択回路）２６とは異なり、神経信号の受信と、神経刺激信号の出力のためにアナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２とを備える。アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２は、トランジスタ等の半導体スイッチング素子を用いれば良い。

即ち、図８も、図１〜３に対応してｎ＝４チャネルの場合を示しているが、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り換えにより、神経信号の受信の場合は、４チャネルの入出力端子Ｐ_i1，Ｐ_i2，Ｐ_i3，Ｐ_i4のそれぞれに低雑音増幅器からなるバッファ増幅器７１，…，７２が接続される。一方、神経刺激信号の出力の際には、アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り換えにより、４チャネルの入出力端子Ｐ_i1，Ｐ_i2，Ｐ_i3，Ｐ_i4のそれぞれは、出力増幅器７３，…，７４に接続される。

神経信号の受信の場合は、図７の場合と同様に、バッファ増幅器７１，…，７２の出力が多重変換器（マルチプレサ）７５に入力される。

多重変換器（マルチプレサ）７５で１つの出力ストリームに変換された４チャネルの信号は、ボンディングワイヤ等の出力配線２５_pを介して多重変換器（マルチプレサ）７５の外部、即ち、第１の実施の形態に係る神経信号用プローバの外部の外部回路２９に入力される。外部回路２９の入力増幅器７７に入力された神経信号用プローバからの信号は、入力増幅器７７で増幅された後、多重分離器（デマルチプレサ）７９で４チャネルの信号に分離され、４チャネルの信号は、それぞれ独立に出力増幅器８０，…，８１で増幅され、更に、出力増幅器８０，…，８１の出力はそれぞれ独立にローパスフィルタ（ＬＰＦ）８２，…，８３に入力され、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）８２，…，８３を通過後、出力端子Ｐ_o1，Ｐ_o2，Ｐ_o3，Ｐ_o4から出力される。外部回路２９は、更に制御回路８４を備え、制御回路８４は、ボンディングワイヤ等の出力配線２５_pを介して、多重変換器（マルチプレサ）７５及び多重分離器（デマルチプレサ）７６にチャネル選択用のクロック信号を送る。

半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂの多重分離器（デマルチプレサ）７６には、外部回路２９の出力増幅器７８で増幅された神経刺激信号が入力され、多重分離器（デマルチプレサ）７６により４チャネルの神経刺激信号となり、４チャネルの入出力端子Ｐ_i1，Ｐ_i2，Ｐ_i3，Ｐ_i4のから、各金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜８；ｊ＝１〜４）へ神経刺激信号が出力される。

なお、半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂにシフトレジスタ等の水平走査回路（水平選択回路）を集積化し、各チャネルの８個の信号を時系列で各行毎に逐次信号を取り出すようにし、同様に、４チャネルの入出力端子Ｐ_i1，Ｐ_i2，Ｐ_i3，Ｐ_i4に各チャネル毎、８個の神経刺激信号を逐次出力するようにしても良い。この場合、各金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜８；ｊ＝１〜４）に接続されるランド（電極パッド）の手前側のそれぞれに、入出力選択用の半導体スイッチ（トランジスタ）を接続し、水平走査回路（水平選択回路）でそれらの半導体スイッチ（トランジスタ）を制御すれば良い。又、図示を省略しているが、バッファ増幅器７１，…，７２の出力側にそれぞれ雑音補償回路（ノイズキャンセル回路）を設けても良いのも、図７の場合と同様である。

又、出力端子Ｐ_o1，Ｐ_o2，Ｐ_o3，Ｐ_o4から出力された信号を記録するように、外部回路２９にパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の信号処理回路と信号処理回路の出力を記録する記録装置を接続すれば、神経信号用プローバと、外部回路２９と、信号処理回路と、記録装置とで、第１の実施の形態に係る「神経信号記録装置」となる。信号処理回路では、各金属鍼ｐ_ijから送られた１つ又は２つの電気信号を選択し、必要な演算処理をした後、記録装置に出力する。金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜ｎ；ｊ＝１〜ｍ：ｎ，ｍは２以上の整数）からなるプローブアレイの中から特定の１つの電極を選択する場合には、神経外の組織内に設けられた別の電極から別の信号が、信号処理回路に入力し、必要な演算処理をした後、演算結果が記録装置に出力される。

又、図８に示した神経信号入出力装置は、各金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜８；ｊ＝１〜４）へ神経刺激信号を出力する機能のみに着目すれば、「神経刺激装置」となる。

図９（ａ）は、神経信号用プローバを構成する基板１３に半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂがモノリシックに集積化された場合を示し、制御回路９１、電源回路９２、信号発生回路９３及び信号処理回路９４は、神経信号用プローバの外部回路となる構成の例示であるが、本発明の第１の実施の形態に係る神経信号入出力装置は、図９（ａ）に示す構成に限定されるものではない。神経刺激の場合は１００−２０００μ秒程度のパルス幅の矩形波で、０．１Ｈｚ−１００Ｈｚ程度の繰り返し周波数の信号を信号発生回路９３で生成すれば良い。

例えば、図９（ｂ）に示すように、神経信号用プローバを構成する基板１３に半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂと制御回路９１とをモノリシック若しくはハイブリッドに集積化し、電源回路９２、信号発生回路９３及び信号処理回路（図示省略）が、神経信号用プローバの外部回路となる構成としても良い。基板１３に半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂと制御回路９１とをモノリシック若しくはハイブリッドに集積化された場合は、半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂと制御回路９１との全体が、「半導体集積回路」と再定義される。

或いは、図９（ｃ）に示すように、神経信号用プローバを構成する基板１３に半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂと制御回路９１と信号発生回路９３をモノリシック若しくはハイブリッドに集積化し、電源回路９２、信号処理回路（図示省略）が、神経信号用プローバの外部回路となる構成としても良い。基板１３に半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂと制御回路９１と信号発生回路９３をモノリシック若しくはハイブリッドに集積化された場合は、半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂと制御回路９１と信号発生回路９３の全体が、「半導体集積回路」と再定義される。

基板１３に半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂと制御回路９１と信号発生回路９３をハイブリッドに集積化する代わりに、図１０に示すようなプリント基板等の実装基板１８にハンダボール１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆを介して半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂをモノリシックに集積化した基板１３と、制御回路９１をモノリシックに集積化した半導体チップ１５と、信号発生回路９３をモノリシックに集積化した半導体チップとをハイブリッドに集積化しても良い。同様に図９（ｂ）に示す場合、実装基板１８に半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂをモノリシックに集積化した基板１３と、制御回路９１をモノリシックに集積化した半導体チップとをハイブリッドに集積化しても良い。

更に、図示を省略しているが、神経信号用プローバを構成する基板１３に半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂ、制御回路、信号発生回路及びマイクロプロセッサ等の信号処理回路をモノリシック若しくはハイブリッドに集積化しても良い。

基板１３に半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂ、制御回路、信号発生回路及びマイクロプロセッサ等の信号処理回路をモノリシック若しくはハイブリッドに集積化された場合は、半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂ、制御回路、信号発生回路及び信号処理回路の全体が、「半導体集積回路」と再定義される。そして、図１０と同様に、実装基板１８にハンダボール１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆを介して半導体集積回路（信号選択回路）２６ｂをモノリシックに集積化した基板１３と、制御回路、信号発生回路及び信号処理回路をそれぞれモノリシックに集積化した３つ半導体チップとを合わせて４つ半導体チップをハイブリッドに集積化しても良い。

図９に示した種々の神経信号入出力装置は、各金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜８；ｊ＝１〜４）へ神経刺激信号を出力する機能のみに着目すれば、神経刺激装置となる。

＜第１の実施の形態の第１変形例＞
図１１（ａ）は、神経束へ神経信号用プローバを固定するための４つの固定具貫通孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを基板１３の４隅に設けた、本発明の第１の実施の形態の第１変形例に係る神経信号用プローバの概略を説明する模式的な鳥瞰図である（固定具貫通孔３１ｄに関しては図１６（ｅ）参照。）。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す第１の実施の形態の変形例に係る神経信号用プローバのボンディングパッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄのそれぞれに接続配線２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを接続した状態を示す。

そして、図１２に示すように、パラキシリレン系樹脂からなるバンド(band)５１で神経束（５１，５２）を押さえ、更に固定具貫通孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄに手術糸４２を貫通させて、手術糸４２が、バンド５１、神経束（５１，５２）及び神経信号用プローバの全体を巻いて固定すれば良い。

＜第１の実施の形態の第２変形例＞
或いは、図１３に示すように、高さガイド３２ａ、３２ｂを用い、第１の神経信号用プローバ（１１，１２，１３，ｐ_ij-1，ｐ_ij，ｐ_ij+1，ｐ_ij+2，……）と第２の神経信号用プローバ（１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，ｑ_ij-1，ｑ_ij，ｑ_ij+1，ｑ_ij，ｑ_ij+2，……）とを対向させ、神経束（５１，５２）を挟み込むようにすれば、神経束へ神経信号用プローバを固定できる。

第１の神経信号用プローバ（１１，１２，１３，ｐ_ij-1，ｐ_ij，ｐ_ij+1，ｐ_ij+2，……）は、図１〜図３に示した構造である。第２の神経信号用プローバ（１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，ｑ_ij-1，ｑ_ij，ｑ_ij+1，ｑ_ij，ｑ_ij+2，……）も、基本的に図１〜図３に示した構造と同様であるが、半導体集積回路（信号選択回路）２６ｃを集積化した基板１３ｃと、基板１３ｃの上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層１１ｃと、基板１３ｃと台座層１１ｃとの間に配置され、複数の植込用貫通孔に対応した位置に、それぞれ配線用貫通孔を有するスペーサ層１２ｃと、複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼ｑ_ij-1，ｑ_ij，ｑ_ij+1，ｑ_ij，ｑ_ij+2，……からなるプローブアレイとを備える。

図１３に示す構造では、第１の神経信号用プローバ（１１，１２，１３，ｐ_ij-1，ｐ_ij，ｐ_ij+1，ｐ_ij+2，……）には、金属鍼ｐ_ij-1，ｐ_ij，ｐ_ij+1，ｐ_ij+2，……の下部を保護する第１の保護層１４が設けられ、第２の神経信号用プローバ（１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，ｑ_ij-1，ｑ_ij，ｑ_ij+1，ｑ_ij，ｑ_ij+2，……）には、金属鍼ｑ_ij-1，ｑ_ij，ｑ_ij+1，ｑ_ij，ｑ_ij+2，……の下部を保護する第２の保護層１４ｃが設けられ、第１の保護層１４の表面と第２の保護層１４ｃの表面とにより、神経束（５１，５２）を機械的に固定している。

＜兎への使用例＞
図１４は、麻酔下兎の下肢腓骨神経に、本発明の第１の実施の形態に係る神経信号用プローバを装着して記録した筋交感神経活動を示す。図１４（ｂ）は、交感神経活動の原波形（生波形）、図１４（ａ）は、その全波整流積分波形を示す。１分間の安静及び低酸素負荷（０％酸素、４分間）によって、筋交感神経活動が顕著に増加する反応を測定した。

従来、神経束表面からの記録ではせいぜい数１０μＶの低電位しか記録できないのに対し、第１の実施の形態に係る神経信号用プローバは、精微な電極アレイを有するので、神経細胞直近から数１０ｍＶの高電位をも記録が可能である。

（第２の実施の形態）
図１５は、本発明の第１の実施の形態に係る神経信号用プローバの説明で用いた図２に対応する方向から見た断面図であるが、図１５に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る神経信号用プローバは、半導体集積回路（信号選択回路）２６を基板１３の下面側に集積化している点が、第１の実施の形態に係る神経信号用プローバとは異なる。更に、第１の実施の形態に係る神経信号用プローバでは、基板１３と台座層１１との間にスペーサ層１２が配置されているが、第２の実施の形態に係る神経信号用プローバは、スペーサ層１２を有しない点で、第１の実施の形態に係る神経信号用プローバとは異なる。

即ち、本発明の第２の実施の形態に係る神経信号用プローバは、基板１３の上面側に接して設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層１１と、この台座層１１の複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼ｐ_ij-1，ｐ_ij，ｐ_ij+1，ｐ_ij+2，……からなるプローブアレイとを備える。そして、プローブアレイの少なくとも一部により、神経活動信号を電気信号に変換し、且つ神経を電気的に刺激する神経信号用プローバである。

図１６及び図１７は、本発明の第２の実施の形態に係る神経信号用プローバの組み立て工程を説明する模式的な工程断面図である。

（イ）先ず、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、台座層１１の複数の植込用貫通孔に金属鍼ｐ_ij-1，ｐ_ij，ｐ_ij+1，ｐ_ij+2，……の下部と頂部が共に露出するように、植え込む。

（ロ）一方、図１６（ｃ）に示すように、半導体集積回路（信号選択回路）２６を下面側の下部に集積化し、台座層１１の複数の植込用貫通孔に対応する位置にフィードスルー貫通孔ｕ_ij-1，ｕ_ij，ｕ_ij+1，ｕ_ij+2，……を備える基板１３を用意する。そして、図１７に示すように、フィードスルー貫通孔ｕ_ij-1，ｕ_ij，ｕ_ij+1，ｕ_ij+2，……の内壁及び基板１３には、絶縁膜３５を形成しておく。基板１３がＳｉならば、酸化膜で絶縁膜３５を形成しておけば良い。

（ハ）そして、フィードスルー貫通孔ｕ_ij-1，ｕ_ij，ｕ_ij+1，ｕ_ij+2，……に、図１６（ｄ）及び（ｅ）に示すように、金（Ａｕ）又は銅（Ｃｕ）等の柔らかい金属からなる埋込プラグ４３を、フィードスルー貫通孔ｕ_ij-1，ｕ_ij，ｕ_ij+1，ｕ_ij+2，……の上部に少し空隙が残るように埋め込む。このとき、更に、図１６（ｅ）に示すように、ボンディングパッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄも、基板１３の表面に掲載する。

（ニ）そして、図１７（ａ）に示すように、フィードスルー貫通孔ｕ_ijの上部に、金属鍼ｐ_ijの底部を埋め込めば、図１５に示す第２の実施の形態に係る神経信号用プローバが完成する。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べたように、神経信号を取得するには、神経に刺した各金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜ｎ；ｊ＝１〜ｍ：ｎ，ｍは２以上の整数）の中から１つ又は２つの電極を選択すれば良い。既に述べた本発明の第１及び第２の実施の形態においては、半導体集積回路（信号選択回路）２６を基板１３に集積し、半導体集積回路（信号選択回路）２６により、１つの出力ストリームに変換された電気信号を出力する能動プローバの例を説明したが、半導体集積回路（信号選択回路）２６を基板１３に集積化せず、周知のＩＣパッケージと同様な構造で、各金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜ｎ；ｊ＝１〜ｍ：ｎ，ｍは２以上の整数）に対応する数のボンディングパッドを設け、すべての金属鍼ｐ_ijから電気信号を神経信号用プローバから外部回路に出力する受動プローバとしても良い。この場合は、金属鍼ｐ_ijの数ｎ×ｍが増大すると、外部回路に接続する配線数が増える欠点がある。このような、受動プローバの場合は、外部回路において、神経信号を取得するのに適した金属鍼を、或いは神経を刺激するに適した金属鍼を１つ又は２つ選択する。

又、既に述べた本発明の第１及び第２の実施の形態においては、金属鍼ｐ_ij（ｉ＝１〜ｎ；ｊ＝１〜ｍ：ｎ，ｍは２以上の整数）を、２次元平面でマトリクス状に配置した場合を例示したが、測定の目的や神経束の測定個所によっては、図１８に示すような、金属鍼ｐ_ij-1，ｐ_ij，ｐ_ij+1，……（ｉ＝１）のような１次元配列でも構わない。

更に、既に述べた本発明の第１及び第２の実施の形態において、基板１３の内部に、アンテナとなるコイルを埋込み、ＩＣタグ（ＲＦタグ）と同様に、埋込まれたコイルの電磁誘導による電力で半導体集積回路（信号選択回路）２６を動作させるようにしても良い。小型の
ＩＣタグ（ＲＦタグ）と同様に、神経信号用プローバを生体の外部に取り付け、若しくは神経信号用プローバを生体の内部に埋め込めば、運動神経等の動作の激しい神経に対しても安定した信号取得や神経刺激が可能になる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

（利用可能性１）
運動神経は脳（中枢神経系）から骨格筋への運動命令を伝える神経であり、各運動神経線維（群）の連係によって、複数の骨格筋の運動を制御して、全体として円滑な協調運動を可能にしている。運動障害のある疾患では、骨格筋単一による運動、或いは複数筋の協調運動が困難である。本発明の実施の形態に係る神経信号用プローバ、神経信号出力装置、神経信号記録装置及び神経信号入出力装置を用いて、運動神経線維の神経活動を測定すれば、運動制御に関する生理的機序を解明するのに有用であり、又、運動障害疾患に関する医学や医学研究に有用である。一方、本発明の実施の形態に係る神経信号用プローバ、神経刺激装置及び神経信号入出力装置を用いて運動神経を線維群毎に電気刺激すれば、各筋別に筋収縮を制御して複数筋による協調運動を人工制御でき、運動障害疾患の治療に繋がる。

（利用可能性２）
自律神経は、心臓・血管・肺・胃腸・膀胱・汗腺等の各臓器機能を調節する重要な神経である。この自律神経は循環器疾患・神経疾患・免疫疾患等の多くの疾患で異常を示し、病態の進行や治癒に関与する。例えば慢性心不全では、自律神経のうち交感神経が異常に亢進し、迷走神経が異常に低下しており、これを是正する治療が死亡率を低減することが開示されている（非特許文献４）。本発明の実施の形態に係る神経信号用プローバ、神経信号出力装置、神経信号記録装置及び神経信号入出力装置を用いて、自律神経活動を測定すれば、自律神経に関する生理的機序を解明するのに有用であり、又、自律神経の関与する疾患に関する医学や医学研究に有用である。一方、本発明の実施の形態に係る神経信号用プローバ、神経刺激装置及び神経信号入出力装置を用いて自律神経線維を電気刺激すれば、自律神経活動を人工制御でき、自律神経異常を是正する治療となる。

（利用可能性３）
痒み・しびれ・慢性疼痛等の感覚異常では、病態が良く理解されていないものが多い。本発明の実施の形態に係る神経信号用プローバ、神経信号出力装置、神経信号記録装置及び神経信号入出力装置を用いて、求心性感覚神経活動を測定すれば、感覚異常に関する医学や医学研究に有用である。一方、本発明の実施の形態に係る神経信号用プローバ、神経刺激装置及び神経信号入出力装置を用いて求心性感覚神経線維を刺激すれば、脳で知覚される感覚を人工的に改変できるため（人工感覚）、医学や医学研究に資すると思われる。

（利用可能性４）
求心性神経は、脳や脊髄等を介して反射性に自律神経等の遠心性神経を調節し、臓器機能を調節する。本発明の実施の形態に係る神経信号用プローバ、神経信号出力装置、神経信号記録装置及び神経信号入出力装置を用いて、求心性神経活動を測定すれば、求心性神経に関する医学や医学研究に有用である。一方、本発明の実施の形態に係る神経信号用プローバ、神経刺激装置及び神経信号入出力装置を用いて求心性神経線維を刺激すれば、上記反射を用いて自律神経や臓器機能を人工制御できるため、医学や医学研究に有用である。

（利用可能性５）
神経束内における神経線維の局在は、十分に解明されていない。本発明の実施の形態に係る神経信号用プローバ、神経信号出力装置、神経信号記録装置及び神経信号入出力装置による神経活動測定や神経刺激と、針電極アレイ構造を組合わせることによって、この神経線維の局在分布を解明できる。この局在情報が明らかになれば、神経測定や神経刺激に役立つ。

本発明の第１の実施の形態に係る神経信号用プローバの概略を説明する模式的な平面図（上面図）である。 図１に示す平面図（上面図）のＩ−Ｉ方向から見た模式的な断面図である。 図１に示す平面図のII−II方向から見た模式的な断面図である。 図２に対応する断面で示した本発明の第１の実施の形態に係る神経信号用プローバの組み立て図である。 図５（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る神経信号用プローバに用いる金属鍼の概略構造を説明する模式的な断面図で、図５（ｂ）は、図５（ａ）の電極鍼本体を示す模式的な横面図である。 鍼の太さを横軸に鍼の長さを縦軸にプロットし、Ｓｉ鍼とＷ鍼とがそれぞれ折れるポイントを比較する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る神経信号出力装置の概略の回路構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る神経信号入出力装置の概略の回路構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る神経信号入出力装置において、基板に半導体集積回路（信号選択回路）、制御回路、信号発生回路及び信号処理回路をモノリシック若しくはハイブリッドに集積化する種々の態様を説明するための模式的なブロック図である。 実装基板に半導体集積回路（信号選択回路）をモノリシックに集積化した基板と、制御回路をモノリシックに集積化した半導体チップと、信号発生回路をモノリシックに集積化した半導体チップとをハイブリッドに集積化する態様を説明するための模式的な断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第１変形例に係る神経信号用プローバの概略を説明する模式的な鳥瞰図である。 図１１に示す神経信号用プローバを、神経束へ固定している様子を説明する模式的な断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第２変形例に係る神経信号用プローバの概略を説明する模式的な断面図である。 麻酔下兎の下肢腓骨神経に、本発明の第１の実施の形態に係る神経信号用プローバを装着して記録した筋交感神経活動の波形を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る神経信号用プローバの模式的な断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る神経信号用プローバの組み立て工程を説明する模式的な工程断面図である（その１）。 本発明の第２の実施の形態に係る神経信号用プローバの組み立て工程を説明する模式的な工程断面図である（その２）。 本発明のその他の形態に係る神経信号用プローバの概略を説明する模式的な平面図（上面図）である。

符号の説明

ｐ_ij-1，ｐ_ij，ｐ_ij+1，ｐ_ij+2，…金属鍼
ｕ_ij-1，ｕ_ij，ｕ_ij+1，ｕ_ij+2，…フィードスルー貫通孔
１１ij…電極鍼本体
１１，１１ｃ…台座層
１２ij…絶縁被膜
１２，１２ｃ…スペーサ層
１３，１３ｃ…基板
１４…第１の保護層
１４ｃ…第２の保護層
１５…半導体チップ
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ…ハンダボール
１８…実装基板
２３…金属配線層
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…ボンディングパッド
２５p…出力配線
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ…接続配線
２５ｂ…ボンディングワイヤ
２７…樹脂
２８…外部回路
２９…外部回路
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ…固定具貫通孔
３２ａ、３２ｂ…高さガイド
３５…絶縁膜
４２ａ、４２ｂ…手術糸
４３…埋込プラグ
５１…パンド
５１，５２，７１，７２…バッファ増幅器
５３，７５…多重変換器（マルチプレサ）
５４…入力増幅器
５５，７６，７９…多重分離器（デマルチプレサ）
５６，５７…出力増幅器
６０…制御回路
７３，７４…出力増幅器
７７…入力増幅器
７８…出力増幅器
８０，８１…出力増幅器
８４…制御回路
９１…制御回路
９２…電源回路
９３…信号発生回路
９４…信号処理回路

Claims (11)

1. 基板と、
   該基板の上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層と、
   前記複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼からなるプローブアレイ
   とを備え、前記プローブアレイの少なくとも一部を神経に刺すことにより得られた神経活動信号を電気信号として出力し、且つ前記金属鍼を用いて、神経に電気信号を出力することを特徴とする神経信号用プローバ。
2. 前記基板には、少なくとも信号選択回路を有する半導体集積回路が集積化され、前記神経活動信号を電気信号として前記信号選択回路が選択し、該選択された電気信号を前記神経信号用プローバから出力し、且つ前記信号選択回路で選択した特定の前記金属鍼を用いて、神経に電気信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の神経信号用プローバ。
3. 前記複数の植込用貫通孔は、５０〜５００μｍの範囲のピッチで少なくとも６個以上周期的に開口されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の神経信号用プローバ。
4. 半導体集積回路は、前記基板の下面側に埋め込まれていることを特徴とする請求項２に記載の神経信号用プローバ。
5. 前記基板と前記台座層との間に、前記複数の植込用貫通孔に対応した位置に、それぞれ配線用貫通孔を有するスペーサ層を更に備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の神経信号用プローバ。
6. 前記基板は、更にアンテナとなるコイルを埋込み、該コイルの電磁誘導による電力で前記半導体集積回路が動作することを特徴とする請求項２又は４に記載の神経信号用プローバ。
7. 少なくとも信号選択回路を有する半導体集積回路を集積化した基板と、
   前記基板の上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層と、
   前記複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼からなるプローブアレイと、
   前記プローブアレイの少なくとも一部を神経に刺すことにより得られた神経活動信号を前記信号選択回路で電気信号として選択且つ増幅して出力し、更に、前記信号選択回路を制御する制御回路
   とを備えることを特徴とする神経信号出力装置。
8. 基板と、
   該基板の上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層と、
   前記複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼からなるプローブアレイと、
   前記プローブアレイの少なくとも一部を神経に刺すことにより得られた神経活動信号を電気信号として処理する信号処理回路と、
   該信号処理回路の出力を記録する記録装置
   とを備えることを特徴とする神経信号記録装置。
9. 前記基板には、少なくとも信号選択回路を有する半導体集積回路が集積化され、前記神経活動信号を電気信号として前記信号選択回路が選択し、
   前記制御回路は、前記信号選択回路で電気信号として選択された前記神経活動信号を増幅して出力し、且つ前記信号選択回路を制御することを特徴とする請求項８に記載の神経信号記録装置。
10. 少なくとも信号選択回路を有する半導体集積回路を集積化した基板と、
    前記基板の上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層と、
    前記複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼からなるプローブアレイと、
    神経を刺激するための電気信号を生成する信号発生回路と、
    前記神経を刺激するための神経刺激信号が、前記プローブアレイの少なくとも一部を介して神経を刺激するように、前記信号選択回路を制御する制御回路
    とを備え、前記信号選択回路で選択した特定の前記金属鍼を用いて、神経を刺激することを特徴とする神経刺激装置。
11. 少なくとも信号選択回路を有する半導体集積回路を集積化した基板と、
    前記基板の上面側に設けられ、複数の植込用貫通孔を有する台座層と、
    前記複数の植込用貫通孔のそれぞれに下部を埋め込んで固定され、先端部と底部を除き絶縁被膜で被覆された金属鍼からなるプローブアレイと、
    神経を刺激するための神経刺激信号を生成する信号発生回路と、
    前記プローブアレイの少なくとも一部を神経に刺すことにより得られた神経活動信号を電気信号として増幅して出力し、更に、前記神経を刺激するための神経刺激信号が、前記プローブアレイの少なくとも一部を介して神経を刺激するように、前記信号選択回路を制御する制御回路
    とを備えることを特徴とする神経信号入出力装置。

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