JP6991622B1

JP6991622B1 - 生体の複数の神経から電気信号を取得するための方法、システム、および電極構造、ならびにその電極構造の製造方法

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Publication number: JP6991622B1
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Inventors: 昌宏粕谷; 達也關
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Abstract

【課題】複数の導線を伝播する複数の電気信号を区別可能な態様で取得するための方法等を提供すること【解決手段】本発明の複数の導線から電気信号を取得するための方法は、電極構造を用いて前記複数の導線から複数の電気信号を検出することであって、前記電極構造は、相互に離間して配置された複数の電極層を備え、前記複数の電極層の各々は、前記複数の導線が通過可能な寸法を有する複数の孔を有し、前記複数の孔の各孔は、通過する導線を伝播する電気信号を前記電極構造の外部に伝導する導体に接続されている、ことと、前記検出された複数の電気信号を区別することとを含む。【選択図】図７

Description

本開示は、複数の導線から電気信号を取得するための方法、システム、および電極構造、ならびにその電極構造の製造方法に関する。より具体的には、生体の複数の神経から電気信号を取得するための方法等に関する。

ブレイン・マシン・インタフェース（ＢＭＩ）という技術が開発途上にある。ＢＭＩとは、生体の脳（ブレイン）と機械（マシン）とを直接つなぐ技術のことをいう。

ＢＭＩにより脳から直接取得される情報は、種々の用途に利用可能である。例えば、脳から直接取得される情報に基づいて物体を動かしたり、物体から取得された情報を脳に入力したりすることにより、その物体は、あたかも自分の身体のように動かされることになるし、新たな感覚器を得ることもできる。物体は、外部機器、自身の身体、他者の身体等であり得る。外部機器は、例えば、義手、義足等の身体補助装置であってもよいし、遠隔操作可能なロボットであってもよい。他者の身体は、例えば、他者の脳であり、他者の脳は、同様なＢＭＩに接続され得る。

国際公開第２０１８／１４７４０７号

本発明は、複数の導線を伝播する複数の電気信号を区別可能な態様で取得するための方法等を提供することを目的とする。より具体的には、本発明は、生体の複数の神経を伝播する複数の電気信号を区別可能な態様で取得するための方法等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
複数の導線から電気信号を取得するための方法であって、
電極構造を用いて前記複数の導線から複数の電気信号を検出することであって、前記電極構造は、相互に離間して配置された複数の電極層を備え、前記複数の電極層の各々は、前記複数の導線が通過可能な寸法を有する複数の孔を有し、前記複数の孔の各孔は、通過する導線を伝播する電気信号を前記電極構造の外部に伝導する導体に接続されている、ことと、
前記検出された複数の電気信号を区別することと
を含む方法。
（項目２）
前記区別することは、電気信号の伝播速度と、前記複数の電極層間の距離と、電気信号が検出された孔の位置および時刻とに基づいて、前記複数の電気信号を区別することを含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記複数の孔は、第１の寸法を有する第１の孔と、前記第１の寸法とは異なる第２の寸法を有する第２の孔とを有する、項目１または項目２に記載の方法。
（項目４）
前記複数の電極層は、少なくとも、第１の電極層と、前記第１の電極層に隣接して配置された第２の電極層を備え、
前記第１の電極層における前記複数の孔の少なくとも１つの中心軸が、前記第２の電極層における前記複数の孔の少なくとも１つの中心軸からずれている、項目１～３のいずれか一項に記載の方法。
（項目５）
前記複数の電極層は、少なくとも、第１の電極層と、前記第１の電極層に隣接して配置された第２の電極層を備え、
前記第１の電極層における前記複数の孔のそれぞれの中心軸が、前記第２の電極層における前記複数の孔のそれぞれの中心軸からずれている、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記複数の電極層は、前記第２の電極層に隣接して配置された第３の電極層をさらに備え、前記第２の電極層は、前記第１の電極層と前記第３の電極層との間に配置され、前記第３の電極層は、前記第１の電極層と略同一の孔配列を有する、項目４または項目５に記載の方法。
（項目７）
前記複数の電極層は、前記第３の電極層に隣接して配置された第４の電極層をさらに備え、前記第３の電極層は、前記第２の電極層と前記第４の電極層との間に配置され、前記第４の電極層は、前記第２の電極層と略同一の孔配列を有する、項目６に記載の方法。
（項目８）
前記複数の電極層の数は、３以上であるか、または、前記複数の孔の数は、７以上である、項目１～７のいずれか一項に記載の方法。
（項目９）
前記複数の導線は、生体の複数の神経である、項目１～８のいずれか一項に記載の方法。
（項目１０）
複数の導線から電気信号を取得するための電極構造であって、前記電極構造は、相互に離間して配置された複数の電極層を備え、前記複数の電極層の各々は、前記複数の導線が通過可能な寸法を有する複数の孔を有し、前記複数の孔の各孔は、通過する導線を伝播する電気信号を前記電極構造の外部に伝導する導体に接続されている、電極構造。
（項目１１）
複数の導線から電気信号を取得するためのシステムであって、
項目１０に記載の電極構造と、
前記電極構造から複数の電気信号を受信する受信手段と、
前記複数の電気信号を区別する区別手段と
を備えるシステム。
（項目１２）
前記区別手段は、前記電気信号の伝播速度と、前記複数の電極層間の距離と、電気信号が検出された孔の位置および時刻とに基づいて、前記複数の電気信号を区別するように構成されている、項目１１に記載のシステム。
（項目１３）
複数の導線から電気信号を取得するための電極構造の製造方法であって、
複数の電極層を準備するステップであって、前記複数の電極層の各々は、前記複数の導線が通過可能な寸法を有する複数の孔を有し、前記複数の孔の各孔は、通過する導線を伝播する電気信号を前記電極構造の外部に伝導する導体に接続されている、ステップと
前記複数の電極層を相互に離間して配置するステップと
を含む製造方法。
（項目１４）
前記複数の導線は、生体の複数の神経であり、
複数の電極層を準備するステップは、神経の成長過程で前記神経が取り得る軌道の場合の数が前記複数の神経の数よりも多くなるように、前記複数の電極層の数および前記複数の孔の数を決定するステップを含む、項目１３に記載の製造方法。

本発明によれば、複数の導線を伝播する複数の電気信号を区別可能な態様で取得することができる。これにより、複数の導線を伝播する複数の電気信号から情報を抽出することができる。本発明は、例えば、ＢＭＩにおいて利用することができ、これにより、生体の複数の神経を伝播する複数の電気信号を区別可能な態様で取得することができる。

本発明の一実施形態に従った電極層１１０の一例を示す図本発明の一実施形態に従った電極構造１００の一例を示す図本発明の一実施形態に従った電極構造１００における２つの電極層の配置の一例を示す斜視図本発明の一実施形態に従った電極構造１００における２つの電極層の具体例を示す図本発明の一実施形態に従った電極構造１００内を複数の神経が成長する様子の一例を示す図本発明の一実施形態に従った電極構造１００内を複数の神経が成長する様子の一例を示す図本発明の一実施形態に従った電極構造１００内を複数の神経が成長する様子の一例を示す図本発明の一実施形態に従った電極構造１００内を複数の神経が成長する様子の一例を示す図本発明の一実施形態に従った、複数の導線から電気信号を取得するためのシステム１０００の構成の一例を示す図複数の導線から電気信号を取得するための手順７００の一例を示すフローチャート複数の導線から電気信号を取得するための電極構造１００を製造するための手順８００の一例を示すフローチャート本発明の一実施形態に従った複数の導線から電気信号を取得するためのシステム１０００をＢＭＩに用いる場合の一例を概念的に示す図

以下、本発明を説明する。本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本発明の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書（定義を含めて）が優先する。

（用語の定義）
本明細書において、「導線」とは、電気信号を伝達可能な線状の要素のことをいう。ここで、「線状」とは、線のように細長い形状のことをいい、より具体的には、長さ寸法が横断寸法よりも大きい（例えば、約５倍以上大きい、約１０倍以上大きい、約５０倍以上大きい、約１００倍以上大きい）形状のことをいう。「導線」は、例えば、導電性を有する部材（例えば、銅線、ワイヤ、ケーブル等）であってもよいし、化学イオンにより電気信号を伝達可能な組織（例えば、生体の神経等）であってもよい。

本明細書において、「生体」とは、生きている生物のことをいう。生体は、人間に限られず、例えば、動物、植物等を含む。

本明細書において、「約」とは、後に続く数値の±１０％を意味する。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に従った電極層１１０の一例を示す。図１（ａ）は、電極層１１０の平面図を示し。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ線に沿った、電極層１１０のＡ－Ａ断面図を示す。

電極層１１０は、基板１１１と、複数の孔１１２と、導体１１３、１１４とを備えている。電極層１１０は、さらに、出力端子１１５を備え得る。

基板１１１は、電極層１１０のベースとなる部材である。図１に示される例では、基板１１１は、略円形の板として図示されているが、基板１１１の形状はこれに限定されない。基板１１１は、任意の平面形状を有し得る。基板１１１は、略円形、略楕円形、略卵形、略三角形、略四角形、略多角形等の平面形状を有し得る。

基板１１１は、平面視において任意の寸法を有することができる。基板１１１の寸法は、その用途に応じた寸法であり得る。例えば、生体の神経から電気信号を取得するための基板１１１は、一辺が約１００，０００μｍの正方形内に収まる寸法、約５０，０００μｍの正方形内に収まる寸法、約１０，０００μｍの正方形内に収まる寸法、一辺が約５，０００μｍの正方形内に収まる寸法、一辺が約３，０００μｍの正方形内収まる寸法等であり得る。より具体的には、例えば、基板１１１の平面形状が略円形の場合、基板１１１は、約１０，０００μｍ以下の直径、約５，０００μｍ以下の直径、約３，０００μｍ以下の直径を有し得る。好ましくは、基板１１１は、約５００μｍの直径を有し得る。

基板１１１は、任意の厚さを有することができる。基板１１１の厚さは、その用途に応じた厚さであり得る。例えば、生体の神経から電気信号を取得するための基板１１１は、約１００μｍ以下の厚さ、約５０μｍ以下の厚さ、約３０μｍ以下の厚さ、約１０μｍ以下の厚さ等であり得る。好ましくは、基板１１１の厚さは、約２０μｍであり得る。

基板１１１は、非導電性の任意の材料から形成され得る。基板１１１を形成する材料は、例えば、ポリイミドを含むが、これらに限定されない。好ましくは、基板１１１を形成する材料は、生体適合性材料によりコーティングされていてもよい。基板１１１が生体適合性材料であることにより、電極層１１０または電極層１１０から構成される電極構造を生体内に埋め込むことができるようになり、電極層１１０または電極構造を用いることにより、生体の神経を伝播する電気信号を取得することができるようになる。生体適合性材料は、例えば、ＭＰＣポリマーを含むが、これに限定されない。

複数の孔１１２は、基板１１１を貫通するように形成されている。図１に示される例では、複数の孔１１２は、略円形の孔として図示されているが、複数の孔１１２の形状はこれに限定されない。複数の孔１１２は、任意の平面形状を有し得る。複数の孔１１２は、略円形、略楕円形、略卵形、略三角形、略四角形、略多角形等の平面形状を有し得る。複数の孔１１２の各々は、例えば、相互に同一の形状を有していてもよいし、複数の孔１１２のうちの少なくとも１つは、複数の孔１１２のうちの他の孔と異なる形状を有していてもよい。

複数の孔１１２は、平面視において任意の寸法を有することができる。複数の孔１１２の寸法は、電気信号を取得する対象の導線の寸法に応じた寸法である。すなわち、複数の孔１１２の寸法は、電気信号を取得する対象の導線が通過可能な寸法であり得る。これにより、電極層１１０は、孔を通過する導線から電気信号を取得することができるようになる。例えば、生体の神経から電気信号を取得するための複数の孔１１２の各々は、一辺が約１，０００μｍの正方形内に収まる寸法、一辺が約５００μｍの正方形内に収まる寸法、一辺が約３００μｍの正方形内収まる寸法、一辺が約１２０μｍの正方形内に収まる寸法等であり得る。より具体的には、例えば、複数の孔１１２の平面形状が略円形の場合、複数の孔１１２は、約１０００μｍ以下の直径、約５００μｍ以下の直径、約３００μｍ以下の直径、約１２０μｍ以下の直径を有し得る。好ましくは、複数の孔１１２は、約１２０μｍの直径を有し得る。複数の孔１１２の各々は、例えば、相互に同一の寸法を有していてもよいし、複数の孔１１２のうちの少なくとも１つは、複数の孔１１２のうちの他の孔と異なる寸法を有していてもよい。好ましい実施形態では、複数の孔１１２は、第１の孔と、第１の孔とは異なる寸法を有する第２の孔とを有し得る。

複数の孔１１２の数は、２以上の任意の数である。複数の孔１１２の数は、例えば、１０個以上である。好ましくは、複数の孔１１２の数は、電気信号を取得する対象の複数の導線の数に従って決定される。例えば、生体の神経から電気信号を取得するための複数の孔１１２の数は、後述するように、神経の成長過程で神経が取り得る軌道の場合の数に基づいて、電極構造１００における複数の電極層１１０の数と共に決定され得る。

複数の孔１１２の間隔は、任意の値であり得る。複数の孔１１２の間隔は、電気信号を取得する対象の導線の寸法に応じた間隔である。例えば、生体の神経から電気信号を取得するための複数の孔１１２の間隔は、最も近接する２つの孔間で、約１０μｍ以下、約５０μｍ以下、約１００μｍ以下、約３００μｍ以下、約６００μｍ以下、約１，０００μｍ以下、約１，２００μｍ以下、約１，５００μｍ以下等であり得る。好ましくは、２つの孔１１２間の間隔は、約６００μｍまたは約１２００μｍであり得る。

導体１１３、１１４は、複数の孔１１２を通過する導線を伝播する電気信号を電極層の外部に伝導するように構成されている。導体は、複数の孔１１２の周縁に配置された第１の導体１１３と、第１の導体１１３と出力端子１１５とを接続する第２の導体１１４とを含む。

第１の導体１１３は、複数の孔１１２の周縁のみならず、複数の孔１１２の内面にも配置され得る（図１（ｂ）を参照）。これにより、孔を通過する導線が第１の導体１１３に接触する確率を高めることができる。第１の導体１１３は、孔の内面の一部に配置されてもよいし、孔の内面の全部に配置されてもよい。導体１１３は、いわゆるアニュラリングであり得る。

図１に示される例では、第１の導体１１３は、略円形の形状で基板１１１上に配置されているが、第１の導体１１３は、任意の形状で基板１１１上に配置されることができる。第１の導体１１３は、例えば、略円形、略楕円形、略卵形、略三角形、略四角形、略多角形等の形状で基板１１１上に配置されることができる。

第２の導体１１４は、第１の導体１１３と出力端子１１５とを接続するように基板１１１上に配線されている。第２の導体１１４は、他の第１の導体１１３および他の第２の導体１１４から電気的に絶縁されるように、配線される。すなわち、或る孔を通過する導線からの電気信号は、その孔の第１の導体１１３から出力端子まで、他の孔を通過する導線からの電気信号と混ざることなく伝導されることができる。これにより。出力端子１１５から取り出される電気信号は、どの孔で取得された電気信号であるかを区別可能となる。

第２の導体１１４は、他の第１の導体１１３および他の第２の導体１１４と電気的に絶縁される限り、任意の経路で第１の導体１１３と出力端子１１５とを接続する。

導体１１３、１１４は、電気信号を伝達可能な任意の材料から形成され得る。導体１１３、１１４を形成する材料は、例えば、ステンレスを含むが、これらに限定されない。好ましくは、導体１１３、１１４を形成する材料は、生体適合性材料である。導体１１３、１１４が生体適合性材料であることにより、電極層１１０または電極層１１０から構成される電極構造の生体内への埋め込みが促進され得る。生体適合性材料は、例えば、プラチナを含むが、これに限定されない。

出力端子１１５は、電極層１１０から電気信号を出力可能なように構成されている。出力端子１１５を介して、電極層１１０の外部に電気信号を出力することができる。

なお、出力端子１１５は、電気信号を出力するのみならず、外部からの電気信号を受信し、受信された電気信号を対応する孔に伝達するようにしてもよい。これにより、孔を通過する導線に電気信号を伝導する（例えば、導線が神経の場合には、神経を刺激する）ことが可能である。

図２は、本発明の一実施形態に従った電極構造１００の一例を示す。図２（ａ）は、電極構造１００の平面図を示し。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ線に沿った、電極構造１００のＡ－Ａ断面図を示す。

図２に示される例では、図示の簡単のために、電極層１１０が備え得る導体１１３、１１４が省略して図示されている。電極構造１００が備える各電極層１１０は、図１を参照して説明した導体１１３、１１４を備えるものとして理解される。

電極構造１００は、複数の電極層１１０を備えている。

図２に示される例では、電極構造１００は、５つの電極層１１０を備えるが、電極構造１００は、２以上の任意の数の電極層１１０を備えることができる。例えば、電極層１１０の数は、５以上である。好ましくは、複数の電極層１１０の数は、電気信号を取得する対象の複数の導線の数に従って決定される。後述するように、複数の導線の各々は、複数の導線の各々に一意の経路で、電極構造を通過することが好ましいため、複数の電極層１１０の数および各電極層１１０の複数の孔１１２の数は、複数の導線の各々が一意の経路を辿ることができるような数であることが好ましい。例えば、生体の神経から電気信号を取得するための複数の電極層１１０の数は、神経の成長過程で神経が取り得る軌道の場合の数に基づいて、各電極層１１０の複数の孔１１２の数と共に決定され得る。

例えば、複数の電極層１１０の数ｍおよび各電極層の複数の孔１１２の数ｎは、以下のように決定されることができる。

第一に、第ｋの層における孔を通過した神経が、次の第ｋ＋１の層で通過する可能性のある孔の数ｆｋは、

と表され、ここで、

であり、θは、神経が成長する際に曲がる軌道の最大値であり、ｒ’は、孔の半径であり、ｌは、電極構造１００の長さであり、ｍは、層の数であり、ｄ_ａは、導体１１３（アニュラリング）の幅、ｄ_{ｔｒａｃｅ}は、基板上で導体１１３、１１４を離間させなければならない最小距離、ｆ_{ｃ（ｒａｔｉｏ）}は、直径＝ｒａｔｉｏの円の中に直径１の円（単位円）を敷き詰めたときに重複することなく敷き詰めることができる円の数を示す関数である。

第二に、ｍ個の層をすべて通過した後の場合の数は、

となる。ここで、第１の電極層の孔の数をｎとしている。

第三に、計算の簡単のためにすべての層でｆを同一の値とすると、上記（１）は、

と表され得る。

この場合の数が、対象の複数の神経の数Ｎを上回ればよいので、

を満たすように、ｍ、ｎが選択され得る。ここで、αは、安全率である。

例えば、ラットの坐骨神経約２８００本、安全率３、θ＝６０の条件で計算すると、ｎ＝７を代入したときに、ｍ＝５となり得る。その近傍で、現実的に製造しうる範囲である程度値を探索すると、例えば（ｍ，ｎ）＝（５，７）、（３，２１）、などが得られ得る。

電極構造１００では、複数の電極層１１０は、間隔ｈで離間されて配置されている。間隔ｈは、任意の値であり得る。間隔ｈは、電気信号を取得する対象の導線の寸法に応じた値であることができる。間隔ｈは、例えば、複数の孔間の間隔の倍数（例えば、約√２倍、約√３倍、約２倍、約３倍等）であり得る。例えば、生体の神経から電気信号を取得するための電極構造１００の場合、間隔ｈは、約５００μｍ以下、約１，０００μｍ以下、約１，５００μｍ以下、約２，０００μｍ以下等であり得る。好ましくは、間隔ｈは、約１，２５０μｍであり得る。

図２に示される例では、複数の電極層１１０は、電極構造１００が備え得る接続部１２０によって相互に接続されている。電極構造１００では、複数の電極層１１０が図２に示されるように別部材によって相互に接続されていてもよいし、複数の電極層１１０が一体化されていてもよい。

電極構造１００を用いて複数の導線から電気信号を取得する場合、複数の導線は、電極構造１００を通過した状態にある。このとき、複数の導線は、各電極層の１つの孔を通過している。複数の導線の各々は、複数の導線の各々に一意の経路で、電極構造を通過していることが好ましい。すなわち、複数の導線の本数と同数の経路が存在することが好ましい。複数の導線の各々が一意の経路を有することにより、電極構造１００を用いて複数の導線から電気信号を取得するときに、取得された電気信号が複数の導線のうちのどの導線から取得された電気信号であるかを識別することができるようになるからである。すなわち、検出された電気信号が、各電極層の出力端子１１５の複数の導体１１４のうちのどの導体１１４から取得されたかを特定することで、どの孔から検出された電気信号であるかを特定することができ、一意の経路、ひいては、その経路に対応する導線を特定することができる。

例えば、複数の導線に同時に電気信号が伝播する場合であっても、取得された電気信号が複数の導線のうちのどの導線から取得された電気信号であるかを識別することができる。これは、例えば、導線を伝播する電気信号の伝播速度と、電極層間距離と、電気信号が検出された孔の位置と、電気信号が検出された時刻とから、複数の電気信号またはノイズを識別することができる。これは、電気信号の伝播速度と電極層間距離とから電気信号が各孔に到達し得る時刻を算出することができ、算出された時刻に合致する時刻に電気信号が検出された孔を、その電気信号が通過した孔であると特定することができるからである。

例えば、電極構造１００を用いて複数の神経から電気信号を取得する場合、複数の神経は、成長することにより、電極構造１００を通過し得る。例えば、生体の既存の神経を切断し、切断された神経間に電極構造１００を挿入した後、切断された神経を成長させることにより、複数の神経は、電極構造１００の各電極層の孔を通過することになる。このとき、孔が小さすぎると、神経の成長自体が阻害され、神経がうまく成長できない場合があり、孔が少なすぎると、複数の神経の各々に一意の経路を確保することができない場合がり、孔が大きすぎると、基板上に導体を配線することが困難になり、かつ／または、基板の大きさが大きくなりすぎる場合があることを本発明の発明者は見出した。本発明の発明者は、孔構成（例えば、孔の大きさ、数、配置）を適切に設定することにより、複数の神経の成長を阻害することなく複数の神経が孔を通過する確率を高めつつ、基板上に導体を配置可能な面積を確保可能な孔構成を見出した。

なお、切断された神経を成長させることにより複数の神経に電極構造１００を通過させる場合、神経を伝導する電気信号は、本来の信号経路と、電極構造１００から外部への信号経路との２つの経路を有することになる。例えば、本来の信号経路の先に本来制御されるべき手足が現存した場合、神経を伝導する電気信号により、外部機器と共に、自身の手足が動いてしまうことになり得る。例えば、自分の手は動かすことなく外部機器（例えば、ロボット）の手だけ動かすという制御ができない場合がある。これを防ぐために、例えば、ダイナミッククランプ等を用いることにより、本来の信号経路における活動電位をブロックするようにしてもよい。

図３は、本発明の一実施形態に従った電極構造１００における２つの電極層の配置の一例を示す斜視図である。２つの電極層は、電極構造１００が備える電極層の一部であってもよいし、全部であってもよい。

図３に示される例では、図示の簡単のために、第１の電極層１１０_１および第２の電極層１１０_２が備え得る導体１１３、１１４および出力端子１１５が省略して図示されている。第１の電極層１１０_１および第２の電極層１１０_２は、図１を参照して説明した導体１１３、１１４および出力端子１１５を備えるものとして理解される。さらに、図３に示される例では、図示の簡単のため、第１の電極層１１０_１および第２の電極層１１０_２を接続する接続部１２０が省略して図示されている。

第１の電極層１１０_１および第２の電極層１１０_２は、間隔ｈで離間されて配置されている。第１の電極層１１０_１および第２の電極層１１０_２の各々は、第１の直径を有する第１の孔と、第１の直径よりも小さい第２の孔とを有している。

第１の電極層１１０_１および第２の電極層１１０_２は、直径が異なる複数の孔を有していることにより、複数の導線が孔を通過する確率を高めつつ、基板１１１上に導体１１３および／または導体１１４を配置可能な面積を確保することができる。

さらに、第１の電極層１１０_１および第２の電極層１１０_２は、第１の電極層１１０_１の複数の孔のうちの少なくとも１つの中心軸が、第２の電極層１１０_２の複数の孔のうちの少なくとも１つの中心軸からずれるように配置されている。

例えば、第１の電極層１１０_１が有する第１の孔１１２_１１は第１の中心軸Ｃ_１を有しており、第１の中心軸Ｃ_１は、第２の電極層１１０_２が有する複数の孔のいずれの中心軸とも一致していない。すなわち、第１の中心軸Ｃ_１は、第２の電極層１１０_２の複数の孔のそれぞれの中心軸からずれている。このように、第１の電極層１１０_１の孔の中心軸が第２の電極層１１０_２の孔の中心軸とずれていることにより、第１の電極層１１０_１の孔を通過する導線は、第２の電極層１１０_２の孔を通過するために、中心軸Ｃ_１方向から逸らされることになる。逸らされる方向はランダムであり得、従って、これは、導線が取り得る経路のランダム化、ひいては、導線の一意の経路につながり得る。

他方で、第１の電極層１１０_１が有する第２の孔１１２_１２は第２の中心軸Ｃ_２を有しており、第２の中心軸Ｃ_２は、第２の電極層１１０_２が有する第１の孔１１２_２１の中心軸と一致している。

図３に示される例では、第１の電極層１１０_１が有する孔の一部が第２の電極層１１０_２が有する孔の一部と中心軸を共有することを説明したが、本発明はこれに限定されない。好ましい実施形態では、第１の電極層１１０_１および第２の電極層１１０_２は、第１の電極層１１０_１の複数の孔のうちのそれぞれの中心軸が、第２の電極層１１０_２の複数の孔のうちのそれぞれの中心軸からずれるように配置されていてもよい。これにより、複数の導線が取り得る経路のランダム化を促進することができる。

図３に示される電極層が複数の導線から電気信号を取得するための電極構造を形成する場合、例えば、第１の電極層１１０_１と略同一の孔配列を有する電極層と第２の電極層１１０_２と略同一の孔配列を有する電極層とが交互に配置され得る。例えば、第１の電極層１１０_１に隣接して第２の電極層１１０_２が配置され、第２の電極層１１０_２に隣接して、第１の電極層１１０_１と略同一の孔配列を有する第３の電極層が配置され得る。これにより、第２の電極層が第１の電極層と第３の電極層との間に配置されることになる。さらに、第３の電極層に隣接して、第２の電極層１１０_２と略同一の孔配列を有する第４の電極層が配置されることもできる。これにより、第３の電極層が第２の電極層と第４の電極層との間に配置されることになる。これらの電極構造では、隣接する任意の電極層において、一方の電極層の複数の孔のうちの少なくとも１つの中心軸が、他方の電極層の複数の孔のうちの少なくとも１つの中心軸からずれることになる。

図４は、本発明の一実施形態に従った電極構造１００における２つの電極層の具体例を示す。

第１の電極層１１０’_１は、略円形の基板１１１を有し、基板１１１上に複数の孔１１２と、第１の導体１１３と、第２の導体１１４と、出力端子１１５とを有する。

本例では、基板１１１は、約５，０００μｍの直径を有しており、出力端子１１５側には、第２の導体１１４を配線するための延在部を有している。延在部は、約９８０μｍの寸法を有している。

複数の孔１１２は、第１の直径を有する第１の孔と、第１の直径よりも小さい直径を有する第２の孔とを有している。第１の孔は、約５００μｍの直径を有しており、第１の孔の周囲には、約８００μｍの直径で第１の導体１１３が配置されている。第１の孔同士の間隔は、約１，２００μｍである。第２の孔は、約１２０μｍの直径を有しており、第２の孔の周囲には、約２７０μｍの直径で第１の導体１１３が配置されている。第２の孔同士の間隔は、約６００μｍである。

第２の電極層１１０’_２は、略円形の基板１１１を有し、基板１１１上に複数の孔１１２と、第１の導体１１３と、第２の導体１１４と、出力端子１１５とを有する。

本例では、基板１１１は、約５，０００μｍの直径を有しており、出力端子１１５側には、第２の導体１１４を配線するための延在部を有している。延在部は、約１，０００μｍの寸法を有している。

複数の孔１１２は、第１の直径を有する第１の孔と、第１の直径よりも小さい直径を有する第２の孔とを有している。第１の孔は、約５００μｍの直径を有しており、第１の孔の周囲には、約８００μｍの直径で第１の導体１１３が配置されている。第１の孔同士の間隔は、約１，２００μｍである。第２の孔は、約１２０μｍの直径を有しており、第２の孔の周囲には、約２７０μｍの直径で第１の導体１１３が配置されている。第２の孔同士の間隔は、約３００μｍである。

第１の電極層１１０’_１と第２の電極層１１０’_２とを上下に重ねて配置すると、第１の電極層１１０’_１が有する複数の孔のそれぞれの中心軸が、第２の電極層１１０’_２が有する複数の孔のそれぞれの中心軸からずれるようになっている。これは、上述したように、複数の導線が取り得る経路のランダム化を促進することができる点で好ましい。

また、第１の電極層１１０’_１および第２の電極層１１０’_２は、直径が異なる複数の孔を有していることにより、複数の導線が孔を通過する確率を高めつつ、基板１１１上に導体１１３および／または導体１１４を配置可能な面積を確保している。

図４に示される電極層は、生体の複数の神経から電気信号を取得するための電極構造のために好適である。図４に示される電極層が相互に離間して配置されることにより電極構造を形成することができる。この電極構造では、例えば、第１の電極層１１０’_１と略同一の孔配列を有する電極層と第２の電極層１１０’_２と略同一の孔配列を有する電極層とが交互に配置され得る。例えば、第１の電極層１１０’_１に隣接して第２の電極層１１０’_２が配置され、第２の電極層１１０’_２に隣接して、第１の電極層１１０’_１と略同一の孔配列を有する第３の電極層が配置され得る。これにより、第２の電極層が第１の電極層と第３の電極層との間に配置されることになる。さらに、第３の電極層に隣接して、第２の電極層１１０’_２と略同一の孔配列を有する第４の電極層が配置されることもできる。これにより、第３の電極層が第２の電極層と第４の電極層との間に配置されることになる。これらの電極構造では、隣接する任意の電極層において、一方の電極層の複数の孔のそれぞれの中心軸が、他方の電極層の複数の孔のそれぞれの中心軸からずれることになる。

上述したように、電極構造１００を用いて複数の導線から電気信号を取得する場合、複数の導線は、電極構造１００を通過した状態にある。複数の導線が銅線、ワイヤ、ケーブル等の導電性を有する複数の部材である場合、複数の部材は、例えば、手動で各電極層の孔をランダムに通過させられ得る。複数の導線が生体の複数の神経である場合、複数の神経は、例えば、神経の成長過程を介して各電極層の孔をランダムに通過させられ得る。

図５Ａ～図５Ｄは、本発明の一実施形態に従った電極構造１００内を複数の神経が成長する様子の一例を示す。

図５Ａ～図５Ｄでは、説明の簡単のために、４つの神経Ｎ１～Ｎ４を用いて説明する。複数の神経の数はこれに限定されず、任意の数の神経が電極構造１００と共に用いられることができる。

図５Ａ～図５Ｄでは、電極構造１００は、その断面が示されている。本例では、電極構造１００は５つの電極層を有する。以下の説明では、紙面上から順に、第１の電極層、第２の電極層、第３の電極層、第４の電極層、第５の電極層と称する。各電極層は複数の孔を有している。以下の説明では、各電極層において、紙面左から順に、第１の孔、第２の孔、第３の孔・・・と称する。第ｎの電極層の第ｍの孔を、孔_ｎｍと称する。第１の電極層と第３の電極層と第５の電極層は、略同一の電極配列を有し、第２の電極層と第４の電極層は、略同一の電極配列を有している。これにより、隣接する電極層において、一方の電極層の複数の孔のそれぞれの中心軸は、他方の電極層の複数の孔のそれぞれの中心軸からずれている。

図５Ａに示されるように、４つの神経Ｎ１～Ｎ４は、電極構造１００の上方から成長する。

４つの神経Ｎ１～Ｎ４は、成長すると、図５Ｂに示されるように、第１の電極層の孔を通過することになる。例えば、第１の神経Ｎ１の成長方向（紙面上下方向）には孔_１２があり、第１の神経Ｎ１は当該成長方向に成長し続けることができる一方で、第２の神経Ｎ２の成長方向（紙面上下方向）には孔がない。従って、第２の神経Ｎ２は、孔を通過することができるように、その成長方向を変更して成長することになる。このとき、神経がどの方向に成長方向を変更するかは、例えば、神経の行動ポリシーに従って決定される。神経の行動ポリシーは、例えば、他神経や構造体に倣おうとする等のポリシーを含む。

図５Ｂに示される例では、第１の神経Ｎ１が第１の電極層の第２の孔_１２を通過し、第２の神経Ｎ２が第１の電極層の第３の孔_１３を通過し、第３の神経Ｎ３が第１の電極層の第３の孔_１３を通過し、第４の神経Ｎ４が第１の電極層の第４の孔_１４を通過する。

４つの神経Ｎ１～Ｎ４は、さらに成長すると、図５Ｃに示されるように、第２の電極層の孔を通過することになる。各神経は、孔を通過することができるように、その成長方向を変更して成長することになる。

４つの神経Ｎ１～Ｎ４は、さらに成長すると、図５Ｄに示されるように、第３の電極層ないし第４の電極層の孔を通過することになる。

このようにして、４つの神経Ｎ１～Ｎ４は電極構造１００を通過することができる。第１の神経Ｎ１は、孔_１２－孔_２１－孔_３１－孔_４１－孔_５１を通過する経路を有する。第２の神経Ｎ２は、孔_１３－孔_２２－孔_３２－孔_４１－孔_５１を通過する経路を有する。第３の神経Ｎ３は、孔_１３－孔_２３－孔_３４－孔_４３－孔_５３を通過する経路を有する。第４の神経Ｎ４は、孔_１４－孔_２４－孔_３４－孔_４４－孔_５５を通過する経路を有する。このように、各神経が辿る経路は一意となる。

図５Ｄに示されるように複数の神経が電極構造１００を通過した状態で、複数の神経から電気信号を取得することができる。例えば、孔_１２、孔_２１、孔_３１、孔_４１、孔_５１から電気信号が検出された場合、その電気信号は、孔_１２－孔_２１－孔_３１－孔_４１－孔_５１を通過する経路を有する第１の神経Ｎ１を伝播する電気信号であると識別することができる。例えば、孔_１４、孔_２４、孔_３４、孔_４４、孔_５５から電気信号が検出された場合、その電気信号は、孔_１４－孔_２４－孔_３４－孔_４４－孔_５５を通過する経路を有する第４の神経Ｎ４を伝播する電気信号であると識別することができる。

例えば、神経を伝播する電気信号の伝播速度と、電極層間距離と、電気信号が検出された孔の位置と、電気信号が検出された時刻とから、神経を伝播する電気信号とノイズとを区別することができる。電気信号が検出された時刻が、神経を伝播する電気信号の伝播速度と、電極層間距離と、孔位置とから、或る経路を有する神経について想定される時刻よりも有意に早いまたは遅い場合に、その電気信号をノイズであると判定することができる。一例において、孔_１３、孔_２３、孔_３３、孔_３４、孔_４３、孔_５３から電気信号が検出された場合、孔_３３において電気信号が検出された時刻が、神経を伝播する電気信号の伝播速度と、電極層間距離と、孔位置とから孔_１３および孔_２３を通過する神経について想定される時刻よりも有意に早いまたは遅い場合に、孔_３３から検出された電気信号をノイズであると判定することができる。そして、孔_１３、孔_２３、孔_３４、孔_４３、孔_５３から検出された電気信号を、孔_１３－孔_２３－孔_３４－孔_４３－孔_５３を通過する経路を有する第２の神経Ｎ２を伝播する電気信号であると識別することができる。

例えば、神経を伝播する電気信号の伝播速度と、電極層間距離と、電気信号が検出された孔の位置と、電気信号が検出された時刻とから、複数の電気信号を区別することができる。電気信号が検出された時刻が、神経を伝播する電気信号の伝播速度と、電極層間距離と、孔位置とから、或る経路を有する神経について想定される時刻よりも有意に早いまたは遅い場合に、その電気信号をその神経由来のものではないと判定することができる。一例において、孔_１３、孔_１４、孔_２３、孔_２４、孔_３４、孔_４３、孔_４４、孔_５３、孔_５５から電気信号が検出された場合、孔_５３において電気信号が検出された時刻が、神経を伝播する電気信号の伝播速度と、電極層間距離と、孔位置とから、孔_４４を通過する神経について想定される時刻よりも有意に早いまたは遅い場合に、孔_４４から検出された電気信号と孔_５３から検出された電気信号とは異なる経路にあると判定することができる。また、この例において、孔_２４において電気信号が検出された時刻が、孔_１３を通過する神経について想定される時刻よりも有意に早いまたは遅い場合に、孔_２４から検出された電気信号と孔_１３から検出された電気信号とは異なる経路にあると判定することができる。すると、孔_１３、孔_１４、孔_２３、孔_２４、孔_３４、孔_４３、孔_４４、孔_５３、孔_５５のうちのあり得る組み合わせとして、孔_１３、孔_２３、孔_３４、孔_４３、孔_５３から検出された電気信号を、孔_１３－孔_２３－孔_３４－孔_４３－孔_５３を通過する経路を有する第２の神経Ｎ２を伝播する電気信号であると識別し、孔_１４、孔_２４、孔_３４、孔_４４、孔_５５から検出された電気信号を、孔_１４－孔_２４－孔_３４－孔_４４－孔_５５を通過する経路を有する第４の神経Ｎ４を伝播する電気信号であると識別することができる。例えば、電気信号が検出された孔を通過する経路に該当する経路が存在しない場合には、その孔から検出された電気信号をノイズであると判定することもできる。

例えば、或る時刻において複数の電気信号を区別できない場合には、タイミングがずれた電気信号が検出されるまで、別の電気信号を待つことができる。それでもなお、タイミングがずれた電気信号が検出されない場合には、それらの電気信号は、冗長な複数の神経によるものであると考えられる。このとき、これらの電気信号は、分離しなくてもよい。すなわち、電極構造１００を用いて複数の電気信号を区別することは、神経の一本一本を分離するために行われるというよりは、神経の制御自由度を分離するために行われる。

複数の電気信号を区別することは、例えば、１回のサンプリングで検出された電気信号のみに基づくよりも、複数回のサンプリングで検出された電気信号に基づくことが好ましい。例えば、電極の問題またはサンプリングの問題により、計測できない層または孔が存在し得るからである。計測できない層または孔が存在した場合であっても、複数のサンプリングを総じて、大部分の電気信号が整合している場合には、その電気信号を有効なものとして他の電気信号から分離することができる。

例えば、一実施形態において、電極構造１００が、外部からの電気信号を受信し、受信された電気信号を電極構造内の孔に伝達することができる構成を有する場合、孔を通過する神経に刺激を与えることができる。このとき、或る孔に刺激を与え、その刺激の伝播を各層の孔で検出することにより、当該神経が通過する経路を識別することができる。これは、例えば、上述したしたようなタイミングがずれた電気信号が検出されない場合であっても、神経が通過する経路、ひいてはその経路を通過する神経を伝播する電気信号を他の電気信号と区別することを可能にする。

このようにして、複数の導線（例えば、複数の神経）に電極構造１００を通過させることによって、複数の導線から複数の電気信号を取得することができる。

複数の導線から複数の電気信号を取得することは、例えば、後述するシステム１０００によって実現されることができる。

図６は、本発明の一実施形態に従った、複数の導線から電気信号を取得するためのシステム１０００の構成の一例を示す。

システム１０００は、電極構造１００と、コントローラ２００とを備える。

電極構造１００は、上述した電極構造１００と同一の構成を有し、説明を省略する。図６に示される例では、１つの電極構造１００が示されているが、システム１０００が備える電極構造１００の数はこれに限定されない。システム１０００は、少なくとも１つの電極構造１００を備えることができる。

例えば、複数の電極構造１００が生体に埋め込まれて生体の複数の神経から複数の電気信号を取得するために用いられる場合、例えば、複数の電極構造１００は、同一の生体内に埋め込まれるようにしてもよいし、別の生体内に埋め込まれるようにしてもよい。複数の電極構造１００が同一の生体内に埋め込まれる場合には、例えば、複数の電極構造１００は、同一の部位に埋め込まれるようにしてもよい、別の部位に埋め込まれるようにしてもよい。

コントローラ２００は、インタフェース部２１０と、プロセッサ部２２０と、メモリ部２３０とを備える。

インタフェース部２１０は、コントローラ２００の外部と情報のやり取りを行う。コントローラ２００のプロセッサ部２２０は、インタフェース部２１０を介して、コントローラ２００の外部から情報を受信することが可能であり、コントローラ２００の外部に情報を送信することが可能である。インタフェース部２１０は、任意の形式で情報のやり取りを行うことができる。

インタフェース部２１０は、例えば、電極構造１００から電気信号を受信することができる。すなわち、インタフェース部２１０は、電極構造１００から電気信号を受信する受信手段として機能する。インタフェース部２１０は、受信した信号を増幅するようにしてもよいし、増幅された信号を受信するようにしてもよい。

インタフェース部２１０は、電極構造１００から受信された電気信号に基づく任意の出力をコントローラ２００から外部に送信することができる。出力は任意の用途に利用されることができる。例えば、出力は、信号線を切断することなく、信号線内を流れる信号を解析するために利用されることができる。インタフェース部２１０は、電気信号を電極構造１００に送信することもできる。これにより、インタフェース部２１０は、電極構造１００と双方向通信をすることができる。

インタフェース部２１０は、コントローラ２００が接続された物体に制御信号を送信することできる。ここで、制御信号は、電極構造１００から受信された電気信号に基づいてプロセッサ部２２０において生成され得る。

物体は、例えば、外部機器または生体組織であり得る。外部機器は、例えば、外部機器は、例えば、義手、義足等の身体補助装置であってもよいし、遠隔操作可能なロボット等であってもよい。生体組織は、電極構造１００が埋め込まれた生体の組織であってもよいし、電極構造１００が埋め込まれた生体とは別の生体の組織であってもよい。別の生体には、電極構造１００と同様の電極構造が埋め込まれ得る。生体組織に制御信号を送信することにより、生体組織を制御することができる。例えば、電極構造１００によって検出された歩行意図に基づく制御信号を麻痺した脚に送信することにより、麻痺した脚を動かすように制御することができる。

プロセッサ部２２０は、コントローラ２００の処理を実行し、かつ、コントローラ２００全体の動作を制御する。プロセッサ部２２０は、メモリ部２３０に格納されているプログラムを読み出し、そのプログラムを実行する。これにより、コントローラ２００を所望のステップを実行するシステムとして機能させることが可能である。プロセッサ部２２０は、単一のプロセッサによって実装されてもよいし、複数のプロセッサによって実装されてもよい。

プロセッサ部２２０は、例えば、インタフェース部２１０を介して受信された複数の電気信号を区別するように構成され得る。すなわち、プロセッサ部２２０は、複数の電気信号を区別するための区別手段として機能し得る。

プロセッサ部２２０は、例えば、複数の電気信号のうちの１つが、電極構造１００の各電極層のどの孔から検出されたかを特定することによって、複数の電気信号のうちの上記１つが、複数の導線のうちのどの導線を伝播する電気信号かを識別することができる。これにより、プロセッサ部２２０は、複数の電気信号のうちの上記１つを、複数の電気信号のうちの他の電気信号から区別することができる。

プロセッサ部２２０は、例えば、導線を伝播する電気信号の伝播速度と、電極層間距離と、電気信号が検出された孔の位置と、電気信号が検出された時刻とに基づいて、複数の電気信号および／またはノイズを区別することができる。

プロセッサ部２２０は、例えば、電気信号が検出された時刻が、導線を伝播する電気信号の伝播速度と、電極層間距離と、電気信号が検出された孔の位置と、或る経路を有する導線について想定される時刻よりも有意に早いまたは遅い（例えば、想定される時刻の約１．１倍以上早いまたは遅い、約１．２倍以上早いまたは遅い、約１．５倍以上早いまたは遅い、約２倍以上早いまたは遅い等）場合に、その電気信号をその経路の電気信号ではない（例えば、別の経路の電気信号またはノイズである）と判定することができる。

プロセッサ部２２０は、例えば、或る時刻において複数の電気信号を区別できない場合には、タイミングがずれた電気信号が検出されるまで、別の電気信号を待ち、タイミングがずれた電気信号を用いて、複数の電気信号を区別することができる。

複数の電気信号を区別することは、例えば、１回のサンプリングで検出された電気信号のみに基づくよりも、複数回のサンプリングで検出された電気信号に基づくことが好ましい。例えば、電極の問題またはサンプリングの問題により、計測できない層または孔が存在し得るからである。計測できない層または孔が存在した場合であっても、複数のサンプリングを総じて、大部分の電気信号が整合している場合には、プロセッサ部２２０は、その電気信号を有効なものとして他の電気信号から分離することができる。

例えば、一実施形態において、プロセッサ部２２０は、インタフェース部２１０を介して或る孔を通過する導線に電気信号を送信し、その電気信号の伝播を各層の孔で検出することにより、当該導線が通過する経路を識別することができる。これは、例えば、タイミングがずれた電気信号が検出されない場合であっても、導線が通過する経路、ひいてはその経路を伝播する電気信号を他の電気信号と区別することを可能にする。

例えば、一実施形態において、プロセッサ部２２０は、電極構造１００全体から検出された信号のパターンをパターンマッチングすることにより、複数の電気信号を区別するようにしてもよい。例えば、プロセッサ部２２０は、複数の導線を伝播する複数の電気信号の各々について、電極構造１００を通過するときの電気信号検出パターンを予め学習しておき、運用時に得られた電気信号検出パターンが学習された電気信号検出パターンのいずれと合致するかを判定することにより、複数の電気信号を区別することができる。

メモリ部２３０は、コントローラ２００の処理を実行するために必要とされるプログラムやそのプログラムの実行に必要とされるデータ等を格納する。メモリ部２３０は、複数の電気信号を区別する処理ためのプログラムを格納してもよい。ここで、プログラムをどのようにしてメモリ部２３０に格納するかは問わない。例えば、プログラムは、メモリ部２３０にプリインストールされていてもよい。あるいは、プログラムは、インタフェース部２１０を介して接続され得るネットワークを経由してダウンロードされることによってメモリ部２３０にインストールされるようにしてもよい。この場合、ネットワークの種類は問わない。メモリ部２３０は、任意の記憶手段によって実装され得る。

図６に示される例では、コントローラ２００の各構成要素がコントローラ２００内に設けられているが、本発明はこれに限定されない。コントローラ２００の各構成要素のいずれかがコントローラ２００の外部に設けられることも可能である。例えば、プロセッサ部２２０、メモリ部２３０のそれぞれが別々のハードウェア部品で構成されている場合には、各ハードウェア部品が任意のネットワークを介して接続されてもよい。このとき、ネットワークの種類は問わない。各ハードウェア部品は、例えば、ＬＡＮを介して接続されてもよいし、無線接続されてもよいし、有線接続されてもよい。コントローラ２００は、特定のハードウェア構成には限定されない。プロセッサ部２２０をデジタル回路ではなくアナログ回路によって構成することも本発明の範囲内である。コントローラ２００の構成は、その機能を実現できる限りにおいて上述したものに限定されない。

図７は、複数の導線から電気信号を取得するための手順７００の一例を示す。手順７００は、例えば、上述したシステム１０００を用いて行われる。

ステップＳ７０１では、システム１０００の電極構造１００を用いて、複数の導線から複数の電気信号を検出する。

電極構造１００は、上述したように、相互に離間して配置された複数の電極層を備え、複数の電極層の各々は、複数の導線が通過可能な寸法を有する複数の孔を有している。複数の孔の各孔は、通過する導線を伝播する電気信号を前記電極構造の外部に伝導する導体に接続されている。

ステップＳ７０１は、複数の導体が電極構造１００を通過した状態で行われる。このとき、複数の導体が電極構造１００内で辿る経路は、複数の導体の各々に一意の経路である。従って、電極構造１００は、複数の導体の各々の一意の経路を可能にするために、複数の導体の数よりも有意に多い数の経路を形成可能な電極層の数および／または各電極層内の孔の数を有するべきである。

ステップＳ７０２では、システム１０００のコントローラ２００が、ステップＳ７０１で検出された複数の電気信号を区別する。

ステップＳ７０２では、まず、コントローラ２００のインタフェース部２１０が、電極構造１００から複数の電気信号を受信する。インタフェース部２１０は、例えば、電極構造１００の出力端子１１５から複数の電気信号を受信することができる。次いで、コントローラ２００のプロセッサ部２２０が、受信された複数の電極を区別する。

手順７００により、複数の導体から複数の電気信号を区別可能な態様で取得することができる。取得された電気信号は、任意の用途に利用されることができる。例えば、電気信号に基づいて、物体（例えば、外部機器、生体組織）を制御するための制御信号を生成することができる。また、複数の導体を区別することも可能であるため、所望の導体に所定の電気信号を伝導することもできる。これは、例えば、所望の神経に所定の電気信号を送信する（例えば、脚の運動を司る神経に、麻痺している脚を動かすように制御するための電気刺激を与える）ことを可能にする。

図８は、複数の導線から電気信号を取得するための電極構造１００を製造するための手順８００の一例を示す。

ステップＳ８０１では、複数の電極層１１０が準備される。

複数の電極層１１０の各々は、上述したように、複数の導線が通過可能な寸法を有する複数の孔を有する。複数の孔の各孔は、通過する導線を伝播する電気信号を電極構造の外部に伝導する導体に接続されている。

複数の電極層１１０は、例えば、一般的な電子基板と同様に、エッチングによって製造されることができる。それを、フレキシブル基板と同様にポリイミドなどのフィルムで挟み込み、必要に応じ露出電極部をメッキなどすることで、電極層１１０を作ることができる。

ステップＳ８０２では、ステップＳ８０１で準備された複数の電極層１１０を相互に離間して配置する。

複数の電極層１１０は、例えば、相互に離間して配置され、接続部１２０によって共に接続されて、電極構造１００を形成する。

複数の電極層１１０は、例えば、一体的に形成されて電極構造１００を形成することもできる。この場合、ステップＳ８０１とステップＳ８０２とは同時に行われ得る。

手順８００により、電極構造１００が製造される。電極構造１００および電極構造１００を備えるシステム１０００は、上述したように、任意の用途に利用されることができる。電極構造１００および電極構造１００を備えるシステム１０００は、例えばＢＭＩにおいて利用されることができる。

図９は、本発明の一実施形態に従った複数の導線から電気信号を取得するためのシステム１０００をＢＭＩに用いる場合の一例を概念的に示す。

本例では、電極構造１００によって対象１０の脳から直接取得された電気信号を用いて、ロボット３０を駆動することを例に説明する。

電極構造１００は、対象１０の体内に埋め込まれている。電極構造１００は、例えば、対象１０の脊髄またはそこから伸びる末梢へと至る神経に埋め込まれることができる。電極構造１００が埋め込まれた後、脳から延びる神経が電極構造１００内に成長させられる。これにより、電極構造１００を介して脳から神経内を伝播する信号が電極構造１００内に伝播することになる。

電極構造１００は、ケーブル２１を介してコントローラ２００に接続されている。そして、コントローラ２００は、ケーブル２２を介してロボット３０に接続されている。図９に示される例では、電極構造とコントローラ２００との接続、および、コントローラ２００とロボット３０との接続が有線接続として示されているが、有線接続の代わりに、無線接続を使用することも可能である。

（学習段階）
対象１０は、ロボット３０を操作することをイメージする。例えば、ロボット３０に歩行させること、ロボット３０に物をつかませること、ロボット３０につかんだ物を離させること等をイメージする。対象１０がロボット３０を操作することをイメージすることで、対象１０の脳からは、対応する電気信号が発せられる。

対象１０がロボット３０の各操作をイメージしたときに対象１０の脳から発せられた電気信号を、電極１００を介して取得する。取得された電気信号は、ケーブル２１を介してコントローラ２００に入力される。対象１０は、何の操作をイメージしたかをコントローラ２００に入力することができる。これにより、対象が意図する各操作と、発せられた電気信号とが関連付けられて学習されることになる。

（運用段階）
対象１０は、ロボット３０を操作することをイメージする。例えば、ロボット３０に歩行させること、ロボット３０に物をつかませること、ロボット３０につかんだ物を離させること等をイメージする。対象１０がロボット３０を操作することをイメージすることで、対象１０の脳からは、対応する電気信号が発せられる。

対象１０がロボット３０の各操作をイメージしたときに対象１０の脳から発せられた電気信号を、電極１００を介して取得する。取得された電気信号は、ケーブル２１を介してコントローラ２００に入力される。コントローラ２００は、学習された情報を参照し、入力された電気信号が何の操作を意図したときに発せられる電気信号であるかを判定する。これにより、コントローラ２００は、取得された電気信号から対象１０の意図を認識し、その意図どおりに動作するようにロボット３０に制御信号を送信する。

ロボット３０は、受信された制御信号に従って、動作する。

このようにして、対象１０は、ロボット３０を操作することをイメージするだけで、ロボット３０を操作することができる。ロボット３０は、あたかも対象１０自身の身体のように動作させられることができる。

上述したＢＭＩにおける応用は一例であり、他の用途においても、複数の導線から電気信号を取得するためのシステム１０００を利用することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。

本発明は、複数の導線を伝播する複数の電気信号を区別可能な態様で取得するための方法等を提供するものとして有用である。

１００電極構造
１１０電極層
１１１基板
１１２孔
１１３、１１４導体
１１５出力端子
１２０接続部
２００コントローラ
１０００システム

Claims

生体の複数の神経から電気信号を取得するための方法であって、前記方法は、プロセッサ部において実行され、前記方法は、
前記プロセッサ部が、電極構造を用いて前記複数の神経から検出された複数の電気信号を受信することであって、前記電極構造は、複数の電極層を備え、前記複数の電極層は、前記複数の電極層が重なる方向に相互に離間して配置され、前記複数の電極層の各々は、前記複数の神経が通過可能な寸法を有する複数の孔を有し、前記複数の孔の各孔は、通過する神経を伝播する電気信号を前記電極構造の外部に伝導する導体に接続されている、ことと、
前記プロセッサ部が、前記複数の孔のうちの前記複数の電気信号が検出された孔の位置に基づいて、前記検出された複数の電気信号のうちの１つを前記検出された複数の電気信号のうちの他の１つから区別することと
を含む、方法。
前記区別することは、電気信号の伝播速度と、前記複数の電極層間の距離とから電気信号が各孔に到達し得る時刻を算出することと、前記算出された時刻に合致する時刻に前記複数の電気信号のうちの前記１つおよび前記他の１つが検出されたそれぞれの孔を通過するそれぞれの神経を特定することと、前記複数の電気信号のうちの前記１つおよび前記他の１つが前記特定されたそれぞれの神経から取得された電気信号であることを識別することによって、前記複数の電気信号のうちの前記１つを前記他の１つから区別することを含む、請求項１に記載の方法。
前記複数の孔は、第１の寸法を有する第１の孔と、前記第１の寸法とは異なる第２の寸法を有する第２の孔とを有する、請求項１または請求項２に記載の方法。
前記複数の電極層は、少なくとも、第１の電極層と、前記第１の電極層に隣接して配置された第２の電極層を備え、
前記第１の電極層における前記複数の孔の少なくとも１つの中心軸が、前記第２の電極層における前記複数の孔の少なくとも１つの中心軸からずれている、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
前記複数の電極層は、少なくとも、第１の電極層と、前記第１の電極層に隣接して配置された第２の電極層を備え、
前記第１の電極層における前記複数の孔のそれぞれの中心軸が、前記第２の電極層における前記複数の孔のそれぞれの中心軸からずれている、請求項４に記載の方法。
前記複数の電極層は、前記第２の電極層に隣接して配置された第３の電極層をさらに備え、前記第２の電極層は、前記第１の電極層と前記第３の電極層との間に配置され、前記第３の電極層は、前記第１の電極層と略同一の孔配列を有する、請求項４または請求項５に記載の方法。
前記複数の電極層は、前記第３の電極層に隣接して配置された第４の電極層をさらに備え、前記第３の電極層は、前記第２の電極層と前記第４の電極層との間に配置され、前記第４の電極層は、前記第２の電極層と略同一の孔配列を有する、請求項６に記載の方法。
前記複数の電極層の数は、３以上であるか、または、前記複数の孔の数は、７以上である、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
生体の複数の神経から電気信号を取得するための電極構造であって、前記電極構造は、複数の電極層を備え、前記複数の電極層は、前記複数の電極層が重なる方向に相互に離間して配置され、前記複数の電極層の各々は、前記複数の神経が通過可能な寸法を有する複数の孔を有し、前記複数の孔の各孔は、通過する神経を伝播する電気信号を前記電極構造の外部に伝導する導体に接続されている、電極構造。
生体の複数の神経から電気信号を取得するためのシステムであって、
請求項９に記載の電極構造と、
前記電極構造から複数の電気信号を受信する受信手段と、
前記複数の孔のうちの前記複数の電気信号が検出された孔の位置に基づいて、前記複数の電気信号のうちの１つを前記検出された複数の電気信号のうちの他の１つから区別する区別手段と
を備えるシステム。
前記区別手段は、前記電気信号の伝播速度と、前記複数の電極層間の距離とから電気信号が各孔に到達し得る時刻を算出することと、前記算出された時刻に合致する時刻に前記複数の電気信号のうちの前記１つおよび前記他の１つが検出されたそれぞれの孔を通過するそれぞれの神経を特定することと、前記複数の電気信号のうちの前記１つおよび前記他の１つが前記特定されたそれぞれの神経から取得された電気信号であることを識別することによって、前記複数の電気信号のうちの前記１つを前記他の１つから区別するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
ブレイン・マシン・インタフェース（ＢＭＩ）における使用のための、請求項１０または１１に記載のシステム。
前記電極構造は、対象の身体内に埋め込まれ、
前記受信手段は、前記対象の身体内に埋め込まれた前記電極構造を介して、前記対象の脳から発せられた複数の電気信号を受信する、請求項１２に記載のシステム。
生体の複数の神経から電気信号を取得するための電極構造の製造方法であって、
複数の電極層を準備するステップであって、前記複数の電極層の各々は、前記複数の神経が通過可能な寸法を有する複数の孔を有し、前記複数の孔の各孔は、通過する神経を伝播する電気信号を前記電極構造の外部に伝導する導体に接続されている、ステップと
前記複数の電極層が重なる方向に前記複数の電極層を相互に離間して配置するステップと
を含む製造方法。
複数の電極層を準備するステップは、神経の成長過程で前記神経が取り得る軌道の場合の数が前記複数の神経の数よりも多くなるように、前記複数の電極層の数および前記複数の孔の数を決定するステップを含む、請求項１４に記載の製造方法。