KR20230127534A - 무선 뉴럴 인터페이스 시스템에 포함되는 장치들 - Google Patents

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Abstract

무선 뉴럴 인터페이스 시스템에 포함되는 장치들이 개시된다. 일 실시예에 따르면, 인체 채널을 통해 통신을 수행하는 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 내부 장치는 인체의 내부에 부착된 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극, 및 제4 전극을 포함하는 생체 전극과 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 기초하여 생체 신호를 검출하고, 상기 생체 신호를 오버샘플링하여 오버샘플링 신호를 출력하는 오버샘플링 컨버터와 인체 채널 특성에 기초하여 상기 오버샘플링 신호를 인코딩하고, 인코딩된 오버샘플링 신호를 상기 내부 장치와 상기 인체 채널을 통해 접속된 외부 장치로 상기 제3 전극을 통해 전송하는 무선 신호 송신기와 상기 제4 전극을 통해 상기 외부 장치로부터 전력 신호를 수신하여 상기 오버샘플링 컨버터 및 상기 무선 신호 송신기에 전력을 공급하는 무선 전력 수신기를 포함할 수 있다.

Description

무선 뉴럴 인터페이스 시스템에 포함되는 장치들{DEVICES INCLUDED IN A WIRELESS NEURAL INTERFACE SYSTEM}
아래 개시는 무선 뉴럴 인터페이스 시스템에 포함되는 장치들에 관한 것이다.
뇌-컴퓨터 인터페이스를 위한 핵심 기술인 뉴럴 리코딩은 신경 세포에 전극을 접촉시켜 미약한 신경 신호를 검출한 뒤, 외부 장치에 검출된 신호를 전송하는 기술이다.
신경 세포는 신체 내부에 위치하므로 종래에는 신경 신호 검출을 위한 장치를 신체 내부에 위치시키고, 신체 내부에 위치한 내부 장치와 외부 장치를 유선으로 연결하여 내부 장치가 검출한 신호를 외부 장치로 전송하였다. 그러나 이 방법은 사용성 및 동작 안정성과 관련한 이슈가 수반되었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 내부 장치를 신체 내부에 완전히 이식시키고, 내부 장치와 외부 장치를 무선으로 연결하는 무선 뉴럴 리코딩 기술이 제시되었다. 이 경우 신체 내부에 완전히 이식된 내부 장치와 신체 외부에 존재하는 외부 장치가 무선 통신 및 무선 전력 전송을 통해 신경 세포에서 검출된 신호를 신체 외부로 전송한다.
무선 뉴럴 리코딩 기술의 무선 통신 및 무선 전력 전송을 위해 기존에는 안테나를 사용한 RF 방식, 초음파 트랜스듀서를 사용한 초음파 통신 방식, 인덕터 코일을 사용한 인덕티브 커플링 방식이 사용되어 왔다. 그러나 무선 뉴럴 리코딩 기술은 안테나, 코일, 트랜스듀서 등을 특수 제작해야 하는 문제, 신체 내부에 이식된 안테나, 코일, 트랜스듀서 등의 발열과 연관된 세포 안정성 문제, 및 내부 장치와 외부 장치의 정합 문제를 내포하고 있다. 무선 뉴럴 레코딩 기술의 사용성을 증대시킨 기술이 요구될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 신체 내외부에 위치한 간단한 전극을 통해 신경 신호 검출, 무선 통신, 무선 전력 송수신을 수행함으로써 전력 최적화, 정합, 위치 선정, 안정성 문제를 해결한 무선 뉴럴 인터페이스 시스템을 제공할 수 있다.
다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
일 실시에에 따르면, 인체 채널을 통해 통신을 수행하는 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 내부 장치는 인체의 내부에 부착된 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극, 및 제4 전극을 포함하는 생체 전극과 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 기초하여 생체 신호를 검출하고, 상기 생체 신호를 오버샘플링하여 오버샘플링 신호를 출력하는 오버샘플링 컨버터와 인체 채널 특성에 기초하여 상기 오버샘플링 신호를 인코딩하고, 인코딩된 오버샘플링 신호를 상기 내부 장치와 상기 인체 채널을 통해 접속된 외부 장치로 상기 제3 전극을 통해 전송하는 무선 신호 송신기와 상기 제4 전극을 통해 상기 외부 장치로부터 전력 신호를 수신하여 상기 오버샘플링 컨버터 및 상기 무선 신호 송신기에 전력을 공급하는 무선 전력 수신기를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은, 인체의 두뇌 피질에 부착된 것이고, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은, 상기 인체 채널 특성에 기초하여 인체의 두뇌 피질 또는 인체의 두피에 부착된 것일 수 있다.
상기 인코딩된 오버샘플링 신호는, 3-레벨 신호일 수 있다.
상기 오버샘플링 컨버터는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 전위차에 기초하여 상기 생체 신호를 검출할 수 있다.
상기 오버샘플링 컨버터는, 아날로그 신호를 오버샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 하나 이상의 시그마-델타 변조기와 병렬로 배치된 상기 하나 이상의 상기 시그마-델타 변조기의 하나 이상의 출력 신호를 단일 신호로 변환하는 직렬 변환기를 포함할 수 있다.
상기 무선 신호 송신기는, 상기 인체 채널 특성에 기초하여 디지털 신호의 듀티 사이클을 조절하는 인코더와 2-레벨 신호인 상기 인코더의 출력 신호를 3-레벨 신호로 변환하는 3-레벨 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 수신기는, 상기 제4 전극을 통해 상기 외부 장치로부터 수신한 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류기와 상기 직류 신호로부터 다양한 레벨의 직류 신호를 출력하는 레귤레이터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 인체 채널을 통해 통신을 수행하는 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 외부 장치는 인체의 외부에 부착된 제1 전극, 제2 전극, 및 제3 전극을 포함하는 생체 전극과 상기 외부 장치와 상기 인체 채널을 통해 접속된 내부 장치가 출력한 인코딩된 오버샘플링 신호를 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 수신하고, 오버샘플링 신호를 다운샘플링하는 무선 신호 수신기와 상기 제3 전극을 통해 상기 내부 장치로 전력 신호를 송신하는 무선 전력 송신기를 포함할 수 있다.
상기 무선 신호 수신기는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 전위차에 기초하여 상기 인코딩된 오버샘플링 신호를 검출할 수 있다.
상기 인코딩된 오버샘플링 신호는, 3-레벨 신호일 수 있다.
상기 무선 신호 수신기는, 상기 인코딩된 오버샘플링 신호를 증폭하여 증폭된 오버샘플링 신호를 출력하는 프론트 엔드 증폭기와 상기 증폭된 오버샘플링 신호로부터 클락 신호를 추출하는 클락 추출기와 상기 클락 신호에 기초하여 상기 증폭된 오버샘플링 신호를 상기 내부 장치가 전송하고자 한 클락 신호 및 데이터(예: 오버샘플링 신호)로 복원하는 리커버리 회로와 상기 데이터를 다운샘플링하는 데시메이터와 다운샘플링된 데이터를 상기 인터페이스 시스템과 연결된 전자 장치로 송신하는 블루투스 장치를 포함할 수 있다.
상기 무선 전력 송신기는 상기 전력 신호의 전압을 증폭시키는 부스트 드라이버를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 간략한 블록도를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 예들을 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 내부 장치의 일 예를 나타낸다.
도 4는 전극 부착 위치의 예들을 나타낸다.
도 5는 무선 전력 송수신을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 무선 통신을 설명하기 위한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 간략한 블록도를 나타낸다.
다양한 실시예에 따른 무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 신체 내외부에 위치한 간단한 전극을 통해 신경 신호 검출, 무선 통신, 무선 전력 송수신을 수행할 수 있다. 무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 생체 전극에 기초하여 인체 채널을 통해 통신을 수행할 수 있다. 무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 충분한 무선 전력 전송 및/또는 높은 통신 대역폭의 무선 통신을 위하여 특별히 제작된 안테나, 트랜스듀서, 또는 코일을 사용하지 않고 간단한 생체 전극을 사용함으로써 전력 최적화, 정합, 위치 선정, 안정성 문제 등을 해결한 시스템일 수 있다.
무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 내부 장치(100)와 외부 장치(200) 간의 정확한 정합 및 위치 선정 없이도 전극을 통해 무선 통신을 수행할 수 있으며, 전극의 위치는 인체 채널 특성에 기초하여 선정된 것일 수 있다.
무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 제한된 전력을 사용하여야 하는 내부 장치(100)의 구성을 최소화하고 외부 장치(200)에 구성을 추가함으로써 내부 장치(100)의 전력 소모를 최적화한 시스템일 수 있다.
무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)의 내부 장치(100)가 전송한 데이터는 스마트폰 또는 PC에서 해독될 수 있고, 무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 뇌 활동을 측정하고 전송하는 새로운 형태의 반도체 칩 또는 완전 이식형 무선 뉴럴 레코딩 장치에 사용될 수 있다.
무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 뇌에서 발생하는 생체 신호를 측정하고 해독하여 기기를 제어하는 뇌-컴퓨터 인터페이스(brain-computer interface, BCI)에 적용될 수 있고, 무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 뇌질환(예: 뇌전증, 파킨슨병, 이명, 뇌졸중 등) 환자에게서 감지되는 뇌파에 기초하여 질병을 진단하고 질병의 치료하는 기술에 적용될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 예들을 나타낸다.
무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 인체 내부에 존재하는 내부 장치(100) 및 인체 외부에 존재하는 외부 장치(200)을 포함할 수 있고, 내부 장치(100)와 외부 장치(200)는 생체 전극에 기초하여 인체 채널을 통해 통신을 수행할 수 있다.
내부 장치(100)는 생체 전극(111 ~ 114), 오버샘플링 컨버터(120), 무선 신호 송신기(130), 및 무선 전력 수신기(140)을 포함할 수 있고, 외부 장치(200)는 생체 전극(211 ~ 213), 무선 신호 수신기(220), 및 무선 전력 송신기(230)를 포함할 수 있다.
생체 전극(111 ~ 114)은 제1 전극(111), 제2 전극(112), 제3 전극(113), 및 제4 전극(114)을 포함할 수 있다. 생체 전극(111 ~ 114)은 인체 내부에 부착된 것으로써, 인체 외부에 부착된 생체 전극(211 ~ 213)과 통신을 수행할 수 있다. 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 인체의 두뇌 피질에 부착된 것이고, 제3 전극(113) 및 제4 전극(114)은 인체 채널 특성에 기초하여 인체의 두뇌 피질 또는 인체의 두피에 부착된 것일 수 있다.
오버샘플링 컨버터(120)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)에 기초하여 생체 신호를 검출하고, 검출된 생체 신호를 오버샘플링하여 오버샘플링 신호를 출력할 수 있다. 이 때, 오버샘플링 컨버터(120)는 제1 전극(111)과 제2 전극(112) 간의 전위차에 기초하여 생체 신호를 검출할 수 있다. 오버샘플링 컨버터(120)는 시그마 델타 변조기(121) 및 직렬 변환기(122)를 포함할 수 있다. 시그마 델타 변조기(121)는 아날로그 신호(예: 생체 신호)를 오버샘플링하여 디지털 신호로 변환할 수 있고, 직렬 변환기(122)는 병렬로 배치된 하나 이상의 시그마-델타 변조기(121)의 하나 이상의 출력 신호를 단일 신호로 변환할 수 있다.
무선 신호 송신기(130)는 인체 채널 특성에 기초하여 오버샘플링 신호를 인코딩하고, 인코딩된 오버샘플링 신호를 외부 장치(200)로 제3 전극(113)을 통해 전송할 수 있다. 무선 신호 송신기(130)는 인코더(131) 및 3-레벨 증폭기(132)를 포함할 수 있다. 인코더(131)는 인체 채널 특성에 기초하여 디지털 신호(예: 오버샘플링 신호)의 듀티 사이클을 조절할 수 있고, 3-레벨 증폭기(132)는 2-레벨 신호인 인코더(131)의 출력 신호를 3-레벨 신호로 변환할 수 있다.
무선 전력 수신기(140)는 제4 전극(114)을 통해 외부 장치(200)로부터 전력 신호를 수신하여 오버샘플링 컨버터(120) 및 무선 신호 송신기(130)에 전력을 공급할 수 있다. 무선 전력 수신기(140)는 정류기(141) 및 레귤레이터(142)를 포함할 수 있다. 정류기(141)는 제4 전극(114)을 통해 외부 장치(200)로부터 수신한 교류 신호를 직류 신호로 변환할 수 있고, 레귤레이터(142)는 직류 신호로부터 다양한 레벨의 직류 신호를 출력할 수 있다.
생체 전극(211 ~ 213)은 제1 전극(211), 제2 전극(212), 및 제3 전극(213)을 포함할 수 있다. 생체 전극(211 ~ 213)은 인체 외부에 부착된 것으로써, 인체 내부에 부착된 생체 전극(111 ~ 114)과 통신을 수행할 수 있다.
무선 신호 수신기(220)는 내부 장치(100)가 출력한, 인코딩된 오버샘플링 신호를 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)을 통해 수신하고, 오버샘플링 신호를 다운샘플링할 수 있다. 이 때, 무선 신호 수신기(220)는 제1 전극(211)과 제2 전극(212) 간의 전위차에 기초하여 인코딩된 오버샘플링 신호를 검출할 수 있다. 무선 신호 수신기(220)는 프론트 엔드 증폭기(221), 클락 추출기(222), 리커버리 회로(223), 데시메이터(224), 및 블루투스 장치(225)를 포함할 수 있다. 프론트 엔드 증폭기(221)는 인코딩된 오버샘플링 신호를 증폭하여 증폭된 오버샘플링 신호를 출력할 수 있다. 클락 추출기(222)는 증폭된 오버샘플링 신호로부터 클락 신호를 추출할 수 있다. 리커버리 회로(223)는 클락 신호에 기초하여 증폭된 오버샘플링 신호를 내부 장치(100)가 전송하고자 한 클락 신호 및 데이터(예: 오버샘플링 신호)로 복원할 수 있다. 데시메이터(224)는 데이터를 다운샘플링 할 수 있고, 블루투스 장치(225)는 다운샘플링된 데이터를 인터페이스 시스템(10)과 연결된 전자 장치로 전송할 수 있다.
무선 전력 송신기(230)는 제3 전극(213)을 통해 내부 장치(100)로 전력 신호를 송신할 수 있다. 무선 전력 송신기(230)는 부스트 드라이버(231)를 통해 전력 신호의 전압을 증폭시켜 내부 장치(100)로 전력 신호를 송신할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 내부 장치의 일 예를 나타낸다.
무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 충분한 무선 전력 전송과 높은 통신 대역폭을 갖는 무선 신호 전송을 위하여 특별히 제작된 안테나, 트랜스듀서, 코일을 사용하지 않고 전극(예: 생체 전극(111 ~ 114))을 사용하여 기존 시스템이 갖는 단점을 개선한 시스템일 수 있다.
무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 신호 획득을 위해 필요한 레퍼런스 전극(예: 제1 전극(111)) 및 레코딩 전극(예: 제2 전극(112))에 추가로 무선 신호 송신 및 무선 전력 신호 수신을 위한 전극(예: 제3 전극(113) 및 제4 전극(114))을 이용함으로써 기존의 기술이 갖고 있는 정합 이슈, 위치선정 이슈, 폼팩터 이슈, 안정성 이슈 등을 극복한 시스템일 수 있다.
전극을 사용하는 통신 방식에 있어서 인체 내부에 위치한 전극(예: 111 ~ 114)의 배치는 시스템의 동작 특성에 큰 영향을 미칠 수가 있다. 이하에서는 인체 내부(예: 뇌)에 위치한 전극의 배치에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 전극 부착 위치의 예들을 나타낸다.
제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 인체의 두뇌 피질에 부착된 것이고, 제3 전극(113) 및 제4 전극(114)은 인체 채널 특성에 기초하여 인체의 두뇌 피질 또는 인체의 두피(예: 두개골 측 두피)에 부착된 것일 수 있다.
도 4의 (a)를 참조하면, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 인체의 두뇌 피질에 부착된 것이고 제3 전극(113) 및 제4 전극(114)은 인체 채널 특성에 기초하여 인체의 두피(예: 두개골 측 두피)에 부착된 것일 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 인체의 두뇌 피질에 부착된 것이고, 제3 전극(113) 및 제4 전극(114) 또한 인체 채널 특성에 기초하여 인체의 두뇌 피질에 부착된 것일 수 있다.
도 4의 (c)를 참조하면, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 인체의 두뇌 피질에 부착된 것이고, 제3 전극(113)은 인체의 두피(예: 두개골 측 두피)에 부착된 것이고, 제4 전극(114)은 인체의 두뇌 피질에 부착된 것일 수 있다.
도 4의 (d)를 참조하면, 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 인체의 두뇌 피질에 부착된 것이고, 제4 전극(114)은 인체의 두피(예: 두개골 측 두피)에 부착된 것이고, 제3 전극(113)은 인체의 두뇌 피질에 부착된 것일 수 있다.
외부 장치(예: 도 2a의 외부 장치(200))의 전극(예: 211 ~ 213)은 내부 장치(예: 도 2a의 내부 장치(100))의 전극(예: 111 ~ 114)의 배치를 고려하여 배치될 수 있다. 제1 전극(예: 도 2a의 제1 전극(211)) 및 제2 전극(예: 도 2a의 제2 전극(212))은 신호 전송 방향에 기초하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)은 신호 전송 방향과 수평하게 배치될 수 있다. 제3 전극(예: 도2a의 제3 전극(213))은 제1 전극(211) 및 제2 전극(212) 사이에 위치할 수 있고, 제3 전극(213)은 효율적인 전력 송수신을 위해 내부 장치(100)의 제4 전극(114)과 가깝게 배치될 수 있다.
도 5는 무선 전력 송수신을 설명하기 위한 도면이다.
무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 전극을 통해 무선 전력 송수신을 수행할 수 있다. 전극에 기반한 전송 채널은 용량성 채널 특성을 가질 수 있고, 외부 장치(200)가 전송하는 신호의 전압이 클수록 내부 장치(100)로 전달되는 신호의 크기가 커질 수 있다. 외부 장치의 전력 송신부(예: 도 2a의 무선 전력 송신기(230))에서 전달하고자 하는 신호의 전력 효율을 높이는 것보다 전압의 크기를 키워서 보내는 것이 전력 전송에 더 효율적일 수 있다.
무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)의 외부 장치(200)는 부스트 드라이버(231)를 통해 전력 신호의 전압을 증폭시킬 수 있고, 전압이 증폭된 전력 신호를 내부 장치(100)로 송신할 수 있다.
도 6은 무선 통신을 설명하기 위한 도면이다.
무선 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 전극을 통해 무선 통신을 수행할 수 있다. 전극 기반 통신의 채널 특성은 상황에 따라 달라질 수 있고, 내부 장치(100)는 채널 특성을 고려하여 무선 신호를 전송할 수 있다.
오버샘플링 컨버터(120)는 생체 신호를 오버샘플링하여 오버샘플링 신호(501)를 출력할 수 있다. 오버샘플링 컨버터(120)는 인체 채널에 최적화된 주파수 대역(예: 20MHz)에 기초하여 생체 신호를 오버샘플링할 수 있다.
인코더(131)는 인체 채널 특성에 기초하여 오버샘플링 신호(501)의 듀티 사이클을 조절할 수 있고, 3-레벨 증폭기(132)는 듀티 사이클이 조절된 오버샘플링 신호를 3-레벨 신호(예: 502)로 변환하여 출력할 수 있다. 듀티 사이클은 외부 장치(200) 또는 인터페이스 시스템(10)과는 상이한 전자 장치에 의해 결정될 수 있고, 인코더(131)는 외부 장치(200) 또는 인터페이스 시스템(10)과는 상이한 전자 장치와 동기화되어 있을 수 있다.
무선 신호 수신기(220)는 클락 추출기(223) 및 리커버리 회로(224)에 기초하여 신호(502)로부터 내부 장치(100)가 전송하고자 한 신호(503)를 복원할 수 있다.
뉴럴 인터페이스 시스템(10)에서 데시메이터(214)는 외부 장치(200)에 구현됨으로써, 뉴럴 인터페이스 시스템(10)은 제한된 전력을 사용하여야 하는 내부 장치(100)의 구성을 최소화하고 내부 장치(100)의 전력 소모를 최적화한 시스템일 수 있다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 인체 채널을 통해 통신을 수행하는 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 내부 장치에 있어서,
    인체의 내부에 부착된 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극, 및 제4 전극을 포함하는 생체 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 기초하여 생체 신호를 검출하고, 상기 생체 신호를 오버샘플링하여 오버샘플링 신호를 출력하는 오버샘플링 컨버터;
    인체 채널 특성에 기초하여 상기 오버샘플링 신호를 인코딩하고, 인코딩된 오버샘플링 신호를 상기 내부 장치와 상기 인체 채널을 통해 접속된 외부 장치로 상기 제3 전극을 통해 전송하는 무선 신호 송신기; 및
    상기 제4 전극을 통해 상기 외부 장치로부터 전력 신호를 수신하여 상기 오버샘플링 컨버터 및 상기 무선 신호 송신기에 전력을 공급하는 무선 전력 수신기
    를 포함하는, 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 내부 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은,
    인체의 두뇌 피질에 부착된 것이고,
    상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은,
    상기 인체 채널 특성에 기초하여 인체의 두뇌 피질 또는 인체의 두피에 부착된 것인,
    무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 내부 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인코딩된 오버샘플링 신호는,
    3-레벨 신호인,
    무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 내부 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오버샘플링 컨버터는,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 전위차에 기초하여 상기 생체 신호를 검출하는,
    무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 내부 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오버샘플링 컨버터는,
    아날로그 신호를 오버샘플링하여 디지털 신호로 변환하는 하나 이상의 시그마-델타 변조기; 및
    병렬로 배치된 상기 하나 이상의 상기 시그마-델타 변조기의 하나 이상의 출력 신호를 단일 신호로 변환하는 직렬 변환기
    를 포함하는, 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 내부 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무선 신호 송신기는,
    상기 인체 채널 특성에 기초하여 디지털 신호의 듀티 사이클을 조절하는 인코더; 및
    2-레벨 신호인 상기 인코더의 출력 신호를 3-레벨 신호로 변환하는 3-레벨 증폭기
    를 포함하는, 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 내부 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기는,
    상기 제4 전극을 통해 상기 외부 장치로부터 수신한 교류 신호를 직류 신호로 변환하는 정류기; 및
    상기 직류 신호로부터 다양한 레벨의 직류 신호를 출력하는 레귤레이터
    를 포함하는, 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 내부 장치.
  8. 인체 채널을 통해 통신을 수행하는 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 외부 장치에 있어서,
    인체의 외부에 부착된 제1 전극, 제2 전극, 및 제3 전극을 포함하는 생체 전극;
    상기 외부 장치와 상기 인체 채널을 통해 접속된 내부 장치가 출력한 인코딩된 오버샘플링 신호를 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 수신하고, 오버샘플링 신호를 다운샘플링하는 무선 신호 수신기; 및
    상기 제3 전극을 통해 상기 내부 장치로 전력 신호를 송신하는 무선 전력 송신기
    를 포함하는, 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 외부 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무선 신호 수신기는,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 전위차에 기초하여 상기 인코딩된 오버샘플링 신호를 검출하는,
    무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 외부 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 인코딩된 오버샘플링 신호는,
    3-레벨 신호인,
    무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 외부 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 무선 신호 수신기는,
    상기 인코딩된 오버샘플링 신호를 증폭하여 증폭된 오버샘플링 신호를 출력하는 프론트 엔드 증폭기;
    상기 증폭된 오버샘플링 신호로부터 클락 신호를 추출하는 클락 추출기;
    상기 클락 신호에 기초하여 상기 증폭된 오버샘플링 신호를 상기 내부 장치가 전송하고자 한 클락 신호 및 데이터로 복원하는 리커버리 회로;
    상기 데이터를 다운샘플링하는 데시메이터; 및
    다운샘플링된 데이터를 상기 인터페이스 시스템과 연결된 전자 장치로 송신하는 블루투스 장치
    를 포함하는, 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 외부 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 무선 전력 송신기는,
    상기 전력 신호의 전압을 증폭시키는 부스트 드라이버
    를 포함하는, 무선 뉴럴 인터페이스 시스템의 외부 장치.

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