RU2333526C1 - Neuro-electronic multi-channel fiber-optic interface - Google Patents

Neuro-electronic multi-channel fiber-optic interface Download PDF

Info

Publication number
RU2333526C1
RU2333526C1 RU2007115034/09A RU2007115034A RU2333526C1 RU 2333526 C1 RU2333526 C1 RU 2333526C1 RU 2007115034/09 A RU2007115034/09 A RU 2007115034/09A RU 2007115034 A RU2007115034 A RU 2007115034A RU 2333526 C1 RU2333526 C1 RU 2333526C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light
matrix
fiber
emitting
neurons
Prior art date
Application number
RU2007115034/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Степанович Никитин
Original Assignee
Владимир Степанович Никитин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Степанович Никитин filed Critical Владимир Степанович Никитин
Priority to RU2007115034/09A priority Critical patent/RU2333526C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2333526C1 publication Critical patent/RU2333526C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: automatics.
SUBSTANCE: invention relates to automatics. The device incorporates a pack of fiber-optical waveguides combined, on the signal output side, into a flat optical matrix of fiber-optic connector and is connected to a multi-channel matrix comprising light-emitting and light-sensitive cells arranged staggered so that at least one light-emitting and one light-sensitive cell fall on every end face of the said waveguide. On the side facing every waveguide end has a neuronic structure, an active nano-structure incorporating a liquid-crystal modulator sensitive to electric field or to magnetohydroacoustic pulses originating during operation on neurons. Light is transmitted via waveguides to the said neuronic structure. The active nano-structure arranged on the end of every optical fiber helps modulate the light beam in every waveguide depending upon the nearest neuron activity and reflect it back into the said multi-channel matrix to be get converted into electrical form in the light-sensitive cell.
EFFECT: chances of use in prosthetic devices, rehabilitation of paralysed people, in control of production processes, motor vehicles, weapons, for direct output of audio, video, sensor, motor and logical data form neuronic structures for production of invisible control and communication hardware.
4 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к соединению устройств ввода-вывода или устройств центрального процессора или передаче информации или других сигналов между этими устройствами.The invention relates to connecting input-output devices or devices of a central processor or transmitting information or other signals between these devices.

Изобретения также относятся к измерениям для диагностических целей, а именно к входным цепям, специально предназначенным для этой цели, а также к средствам нейропротезирования.The invention also relates to measurements for diagnostic purposes, namely to input circuits specifically designed for this purpose, as well as to means of neuro prosthetics.

Известно использование заостренных проводников или электродов, размещенных в стеклянных микропипетках для записи сигналов нервных клеток. Для этих же целей используют стеклянные капилляры, заполненные электролитом диаметром в несколько микрон. Они обычно используются как внутриклеточные электроды для измерения потенциала в пределах одной клетки. Обычно такие электроды делаются вручную.It is known to use pointed conductors or electrodes placed in glass micropipettes to record nerve cell signals. For the same purposes, glass capillaries filled with an electrolyte with a diameter of several microns are used. They are commonly used as intracellular electrodes to measure potential within a single cell. Typically, such electrodes are made manually.

Известны многоканальные реализации таких устройств. Обычно они содержат от 8 до 32 микропроводов диаметром в 50 микрон из вольфрама или нержавеющей стали, изолированных полиимидом или тефлоном. Провода обычно размещены в массиве 2 на 8 проводов. Провода имплантируются в мозг, а разъем крепится к черепу акриловым клеем. Для сравнения средний диаметр одного нейрона примерно равен 60 микронам, а размер синаптических контактов составляет 0.1-0.5 микрона. Следовательно, микропровод диаметром 50 микрон практически полностью разрушает нейрон, если проникает в него. Нейроимпульсы, снятые такими устройствами, в большинстве случаев носят интегральный характер и должны относиться к локальной области нейронов.Multichannel implementations of such devices are known. Usually they contain from 8 to 32 microwires with a diameter of 50 microns from tungsten or stainless steel, insulated with polyimide or teflon. The wires are usually placed in an array of 2 to 8 wires. Wires are implanted in the brain, and the connector is attached to the skull with acrylic glue. For comparison, the average diameter of one neuron is approximately 60 microns, and the size of synaptic contacts is 0.1-0.5 microns. Consequently, a microwire with a diameter of 50 microns almost completely destroys a neuron if it penetrates into it. The neuropulses captured by such devices are, in most cases, integral in nature and should relate to the local region of neurons.

Обычно микропровода обеспечивают жизнеспособность интефейса и возможность записи в течение одного-двух месяцев.Typically, microwires provide interface viability and recordability for one to two months.

Известны многоканальные устройства, содержащие электроды, размещенные в стеклянных микропипетках, заполненных жидкими проводящими веществами, способствующими росту нейронов. Такие устройства оказались жизнеспособными до 16 месяцев.Known multi-channel devices containing electrodes placed in glass micropipettes filled with liquid conductive substances that promote the growth of neurons. Such devices have been viable for up to 16 months.

Известны многоканальные нервные интерфейсы, предназначенные для имплантации на поверхность мозга или периферийных нервов. Они ограничены возможностью записи сигналов из массивов нейронов, расположенных на поверхности мозга не глубже 5 мм. Для высокоразвитых млекопитающих они позволяют осуществлять записи из неокортекса, периферийных нервов или других поверхностных структур. Однако это - тоже устройства, изготавливаемые вручную. Для массовых применений с развитием технологий изготовления микросхем стали появляться многоканальные устройства для соединения с нервными клетками, изготовленные на кремниевых подложках, которые называют нейрочипами.Multichannel nerve interfaces are known for implantation on the surface of the brain or peripheral nerves. They are limited by the ability to record signals from arrays of neurons located on the surface of the brain no deeper than 5 mm. For highly developed mammals, they allow recordings from the neocortex, peripheral nerves, or other surface structures. However, these are also hand-made devices. For mass applications with the development of microcircuit technology, multichannel devices for connecting to nerve cells, made on silicon substrates called neurochips, began to appear.

Одно из таких устройств описано в патенте США по заявке №20060276866 «Microelectrode array for chronic deep-brain microstimulation for recording» («Массив микроэлектродов для глубокой мозговой микростимуляции и записи»). Изобретение относится к микроэлектродам, имеющим кремниевую подложку и многочисленные проводящие электроды для глубокого мозгового электрического стимулирования или записи нервных сигналов. Подложка имеет верхний конец с многочисленными проводящими частями для соединения. Изобретение включает тонкопленочную основную полимерную подложку, которая может быть достаточно гибкой, чтобы следовать за 3-мерными контурами биологической системы. Многочисленные каналы и места электродов могут точно быть установлены на одном устройстве для местной доставки лекарств или записи или стимулирования нейронов. Устройство содержит массив электрических контактов и встроенный кабель для разъема. Такие устройства изготавливают методами массового производства микросхем и они могут быть достаточно дешевы. Однако проблема с вживляемостью и сроком службы ограничивает их широкое применение, несмотря на использование губчатой платины, проводящих полимеров и высокостойких полимерных покрытий.One such device is described in US Pat. No. 6,060,276,866 for Microelectrode array for chronic deep-brain microstimulation for recording. An array of microelectrodes for deep brain microstimulation and recording. The invention relates to microelectrodes having a silicon substrate and numerous conductive electrodes for deep brain electrical stimulation or recording of nerve signals. The substrate has an upper end with numerous conductive parts for connection. The invention includes a thin film base polymer substrate that can be flexible enough to follow the 3D contours of a biological system. Numerous channels and electrode locations can be precisely installed on one device for local drug delivery or recording or stimulating neurons. The device contains an array of electrical contacts and an integrated cable for the connector. Such devices are manufactured by mass production of microcircuits and they can be quite cheap. However, the problem with implantability and service life limits their widespread use, despite the use of sponge platinum, conductive polymers and highly resistant polymer coatings.

В патенте США по заявке №20060241753 описывается многоканальное устройство для соединения с нейронами сетчатки глаза для протезирования зрения, использующее 98 каналов. Однако качество такого протезирования недостаточно. Зрительный нерв здорового глаза содержит приблизительно один миллион индивидуальных волокон. По каждому волокну могут передаваться сигналы с частотой до 200 герц. Это эквивалентно информационному потоку в 200 мегабит в секунду. Создавать подобный канал на основе электрических электродов нецелесообразно. Кроме проблем с изготовлением и изоляцией сверхтонких электрических проводников и их селективным подключением, здесь возникают еще более трудные проблемы с вживляемостью целого миллиона электродов, которые при передаче электрических импульсов будут работать как микроэлектролизеры, разлагая физиологические среды мозга на водной основе и разлагаясь сами. Это неизбежно приведет к возникновению аллергических реакций и отторжению системы. Если обеспечение приживаемости и длительной работоспособности в сложной физиологической среде мозга для сотен металлических электродов - почти не решаемая задача, то для миллионов таких электродов - это технологический тупик.US Patent Application No. 2006,0241,753 describes a multi-channel device for connecting to neurons of the retina for prosthetics using 98 channels. However, the quality of such prosthetics is not enough. The optic nerve of a healthy eye contains approximately one million individual fibers. Up to 200 hertz signals can be transmitted along each fiber. This is equivalent to an information flow of 200 megabits per second. To create a similar channel based on electric electrodes is impractical. In addition to problems with the manufacture and insulation of ultra-thin electrical conductors and their selective connection, there are even more difficult problems with the implantability of a whole million electrodes, which, when transmitting electrical pulses, will work as microelectrolyzers, decomposing the physiological media of the brain on a water basis and decomposing themselves. This will inevitably lead to allergic reactions and system rejection. While ensuring survival and long-term performance in the complex physiological environment of the brain for hundreds of metal electrodes is an almost impossible task, then for millions of such electrodes it is a technological dead end.

Известен гибкий полимерный микроэлектрод с жидкостным передающим каналом и способ его получения по заявке США №20060282014 «Flexible polymer microelectrode with fluid delivery capability and methods for making same». Это изобретение включает микроэлектроды, по крайней мере, с одним слоем микроэлектродов между, по крайней мере, двумя слоями многослойной полимерной подложки, причем, по крайней мере, один электродный слой содержит каналы для поступления жидкости в нервную систему.A known flexible polymer microelectrode with a liquid transmitting channel and a method for its production according to the application of US No. 200660282014 "Flexible polymer microelectrode with fluid delivery capability and methods for making the same." This invention includes microelectrodes with at least one layer of microelectrodes between at least two layers of a multilayer polymer substrate, and at least one electrode layer contains channels for fluid to enter the nervous system.

Известен интерфейс по заявке США №20060293578 «Brian machine interface device» (Устройство для соединения мозга и машины). По этому патенту распределенный и работающий в режиме реального времени нейроинтерфейс содержит считыватель и массив устройств записи. Считыватель излучает и получает радиочастотные сигналы. Массив записывающих устройств включает беспроводную секцию и сенсорную секцию. Беспроводная секции включает преобразователь, антенну и модулятор. Преобразователь преобразует радиочастотный сигнал. Сенсорная секция принимает стабильные силовые сигналы. Сенсорная секция приспособлена для обнаружения нервной деятельности и выдает выходные сигналы, содержащие информацию, указывающую на такую нервную деятельность модулятору беспроводной секции, посредством чего модулятор передает информацию на выходные сигналы считывателя.Known interface for US application No. 200,0293578 "Brian machine interface device" (Device for connecting the brain and machine). According to this patent, a distributed and real-time neural interface contains a reader and an array of recording devices. The reader emits and receives radio frequency signals. The array of recorders includes a wireless section and a touch section. The wireless section includes a converter, antenna, and modulator. The converter converts the radio frequency signal. The touch section receives stable power signals. The sensor section is adapted to detect nervous activity and provides output signals containing information indicating such nervous activity to the modulator of the wireless section, whereby the modulator transmits information to the output signals of the reader.

Недостатком описанных устройств является чрезвычайная сложность осуществления, недоступная современному уровню развития техники.The disadvantage of the described devices is the extreme complexity of implementation, inaccessible to the current level of technological development.

Известен патент США по заявке №20060282014 «Flexible polymer microelectrode with fluid delivery capability and methods for making same», по которому микроэлектрод содержит кремниевую подложку, массив микроэлектродов и слои полимерных подложек.A US patent is known for patent application No. 200660282014 "Flexible polymer microelectrode with fluid delivery capability and methods for making the same", according to which the microelectrode contains a silicon substrate, an array of microelectrodes and layers of polymer substrates.

Недостатком такого решения является небольшая область применения, ограниченная возможностью соединения с группами нейронов, расположенных только на поверхности нейроструктур.The disadvantage of this solution is its small scope, limited by the ability to connect with groups of neurons located only on the surface of neurostructures.

Состояние работ в области создания многоканальных соединений в развитых странах описано в литературных источниках [1-39].The status of work in the field of creating multichannel compounds in developed countries is described in the literature [1-39].

В принципе, проблема создания проводящего двустороннего интерфейса между нейроном и полупроводником может быть решена с использованием принципа электрической поляризации диэлектриков [40-43]. «Если соединить нейрон и полупроводник таким образом, что непроводящая липидная мембрана будет находиться в прямом контакте с изолирующим слоем диоксида кремния, расположенным на поверхности p-n-перехода, то можно получить желаемый двусторонний интерфейс. Благодаря активности нервной клетки на слой диэлектриков действует слабое электрическое поле, которое их поляризует. Прямая поляризация определяет перенос зарядов транзистора, расположенного под слоем диоксида кремния, в направлении исток-сток. С этого и начинается взаимодействие чипа и нейрона. Обратная связь достигается тем же эффектом поляризации: электрическое поле, генерируемое транзистором, поляризует мембрану нейрона, что заставляет открываться и закрываться ионные каналы, управляемые чувствительными к электрическому полю белками».In principle, the problem of creating a conductive two-way interface between a neuron and a semiconductor can be solved using the principle of electric polarization of dielectrics [40–43]. “If you connect a neuron and a semiconductor in such a way that the non-conductive lipid membrane will be in direct contact with the insulating layer of silicon dioxide located on the surface of the p-n junction, you can get the desired two-way interface. Due to the activity of the nerve cell, a weak electric field acts on the dielectric layer, which polarizes them. Direct polarization determines the charge transfer of a transistor located under a layer of silicon dioxide in the source-drain direction. From this begins the interaction of the chip and the neuron. Feedback is achieved by the same polarization effect: the electric field generated by the transistor polarizes the membrane of the neuron, which causes the ion channels to open and close, controlled by proteins sensitive to the electric field. ”

Традиционно считается, что передача нервных сигналов между нейронами осуществляется либо с помощью нейромедиаторов, либо непосредственно электрическим путем [47-49]. Однако до появления современных теорий существовала биогидравлическая модель нервных систем [50]. Она была выдвинута известным греческим мыслителем Аристотелем (384-322 до н.э.) и поддерживалась великим французским ученым Декартом (1596-1650. Ряд специфических факторов в работе нервных систем и мозга свидетельствует в пользу биогидравлической модели. «Скорость перемещения так называемого потенциала действия нервного импульса больше соответствует скорости распространения волны давления в вязкой жидкости и совсем не соответствует скорости распространения электричества. В коротких нервных клетках электрический потенциал действия не регистрируется. Только эластичные гидравлические каналы, какими являются каналы нервных клеток, нуждаются в упрочнении их оболочек миелином, так как оно способствует повышению скорости распространения потенциала действия, то есть волны давления. Разрушение миелиновых оболочек, как форма болезни, приводит к нестабильности в движениях человека; скорость перемещения импульсов по нейронам прямо зависит от диаметра аксона, и даже такой общеизвестный факт, как вздрагивание ноги при ударе молоточком по колену, говорит в пользу гидравлических процессов [50]».It is traditionally believed that the transmission of nerve signals between neurons is carried out either using neurotransmitters, or directly by electrical means [47-49]. However, prior to the advent of modern theories, a bio-hydraulic model of nervous systems existed [50]. It was put forward by the famous Greek thinker Aristotle (384-322 BC) and supported by the great French scientist Descartes (1596-1650. A number of specific factors in the functioning of the nervous systems and the brain testify in favor of the biohydraulic model. "The speed of movement of the so-called action potential the nerve impulse is more consistent with the speed of propagation of a pressure wave in a viscous fluid and does not correspond at all with the speed of propagation of electricity. Only elastic hydraulic channels, such as the channels of nerve cells, need to be strengthened by their myelin sheaths, since it contributes to an increase in the speed of propagation of the action potential, that is, pressure waves.The destruction of myelin sheaths, as a form of the disease, leads to instability in human movements; the speed of movement of impulses along neurons directly depends on the diameter of the axon, and even such a well-known fact as trembling of a leg when a hammer hits the knee speaks in favor of hydraulic essov [50] ".

Известна концепция Р.Пенроуза и С.Гамерова, по которой нейроны являются не первичными переключателями нервных сигналов, а сложными вычислительными устройствами, математический процесс в которых осуществляется с помощью массивов молекул протеина тубулин, составляющих стенки микротрубочек цитоскелета нейрона. Эта концепция позволяет предположить, что для создания нейроэлектронных интерфейсов с достаточно сложными и умными наноструктурами, которыми являются нейроны, не обязательно использовать чисто электрические или электрохимические средства. Есть достаточно много оснований считать, что передача информации между нейронами может осуществляться и на основе волнового взаимодействия. Нейроны могут «слышать» звуковые волны и реагировать на инфра- или ультразвуковые колебания жидкости в окружающей их жидкостной среде. При электронной микроскопии в отростках нейронов обнаружены два рода продольно ориентированных нейрофибрилл: трубчатые (диаметр 20-25 нм), так называемые нейротубулы, построенные из белка тубулина, и нитевидные образования (диаметр 10 нм), так называемые нейрофиламенты, построенные из белка, близкого к мышечному белку актину; нейрофиламенты особенно многочисленны в подвижных концевых участках растущих аксонов. Традиционно микротрубочки рассматриваются как чисто структурные элементы. Недавно найденные свидетельства [46] показали, что, кроме того, имеет место механическая передача сигнала и коммуникативные функции:The concept of R. Penrose and S. Gamerov is known, according to which neurons are not primary switches of nerve signals, but complex computing devices, the mathematical process of which is carried out using arrays of tubulin protein molecules that make up the walls of the microtubules of the neuron cytoskeleton. This concept suggests that to create neuroelectronic interfaces with sufficiently complex and smart nanostructures, which are neurons, it is not necessary to use purely electrical or electrochemical means. There are many reasons to believe that the transfer of information between neurons can also be carried out on the basis of wave interaction. Neurons can “hear” sound waves and respond to infra- or ultrasonic vibrations of a fluid in their fluid environment. Electron microscopy revealed two kinds of longitudinally oriented neurofibrils in the processes of neurons: tubular (diameter 20-25 nm), the so-called neurotubules constructed from tubulin protein, and filiform formations (diameter 10 nm), the so-called neurofilaments constructed from a protein close to muscle protein actin; neurofilaments are especially numerous in the moving terminal regions of growing axons. Traditionally, microtubules are considered as purely structural elements. Recent evidence [46] has shown that, in addition, there is mechanical signal transmission and communication functions:

- Микротрубочки нейрона "спазматически" перемещаются по 15 микрон (2000 тубулинов) в секунду. Vernon and Woolley (1995) Experimental Cell Research 220 (2) 482-494.- The microtubules of the neuron "spasmodically" move 15 microns (2000 tubulin) per second. Vernon and Woolley (1995) Experimental Cell Research 220 (2) 482-494.

- Микротрубочки нейрона вибрируют (100-650 Гц) со смещением 1 нм. Yagi, Kamimura, Kaniya (1994). Cell motility and the cytoskeleton 29:177-185.- Microtubules of a neuron vibrate (100-650 Hz) with an offset of 1 nm. Yagi, Kamimura, Kaniya (1994). Cell motility and the cytoskeleton 29: 177-185.

Хорошо известно, что любое колебание механических тел в жидкости порождает распространение там гидроакустических колебаний - звук в жидкости. Следовательно, работу или любую другую активность микротрубочек нейрона, которые вибрируют с частотой 100-650 герц, можно зафиксировать с помощью высокочувствительного датчика давления или датчика гидроакустических колебаний жидкости, размер которого должен быть сопоставим с размерами локального источника колебаний. В случае нейроинтерфейса размеры датчиков не должны превышать размеров нейрона, т.е. порядка 10-50 мкм. Таким образом, если осуществить измерение гидроакустической активности конкретного нейрона и принять поток таких сигналов от него, то путем их расшифровки можно с высокой точностью осуществить считывание конкретной информации, которую обрабатывает нейрон или группа нейронов.It is well known that any vibration of mechanical bodies in a liquid gives rise to the propagation of hydroacoustic vibrations there - sound in a liquid. Therefore, the work or any other activity of neuron microtubules that vibrate at a frequency of 100-650 hertz can be detected using a highly sensitive pressure sensor or a sensor of hydroacoustic fluid vibrations, the size of which must be comparable with the size of a local oscillation source. In the case of the neural interface, the sizes of the sensors should not exceed the sizes of the neuron, i.e. about 10-50 microns. Thus, if we measure the hydroacoustic activity of a particular neuron and accept the flow of such signals from it, then by deciphering them, we can accurately read the specific information that the neuron or group of neurons processes.

Учитывая общеизвестный факт, что белок миелин, из которого построены элементы цитоскелета нейрона, и ряд других веществ, входящих в состав цитоскелета нейрона, обладают слабыми пьезоэлектрическими свойствами, становится понятным, что любые колебания жидкости возле нейрона приводят к деформации элементов цитоскелета и возникновению в них электрических полей. (Если быть точнее, то для жидкокристаллических веществ, каковыми являются практически все ткани нашего организма, возникновение электрического поля в слое жидкого кристалла при его деформации носит название флексографического эффекта. Но уточнение названия эффекта существа явления не изменяет, поэтому будем использовать в описании самое общее название эффекта - пьезоэлектрический эффект). Известно, что напряженность электрического поля при пьезоэффекте зависит от скорости нарастания деформации. Именно этим фактором можно легко объяснить известное всем явление высокой интенсивности болевых ощущений при быстром ударном механическом воздействии на любое нервное скопление, в том числе и на мозг. При медленном нагружении пьезоэффект слаб и боль не возникает. Следовательно, вибрации и звуковые колебания в жидкости могут быть использованы для создания нейроэлектронных интерфейсов. Следовательно, можно обнаружить изменение активности нейронов и по локальным поляризационным токам, которые возникают в клеточных мембранах конкретных нейронов. И в этом случае размеры датчиков должны составлять порядка 10-50 мкм.Considering the well-known fact that the myelin protein, from which the elements of the cytoskeleton of the neuron are built, and a number of other substances that are part of the cytoskeleton of the neuron, have weak piezoelectric properties, it becomes clear that any fluid vibrations near the neuron lead to deformation of the cytoskeleton and the appearance of electrical fields. (To be more precise, for liquid crystalline substances, which are almost all tissues of our body, the appearance of an electric field in a layer of a liquid crystal during its deformation is called the flexographic effect. But clarification of the name of the effect of the essence of the phenomenon does not change, therefore, we will use the most general name in the description effect - the piezoelectric effect). It is known that the electric field strength in the piezoelectric effect depends on the rate of increase in strain. It is with this factor that one can easily explain the phenomenon of high intensity of pain sensations known to all during rapid shock mechanical impact on any nerve congestion, including the brain. With slow loading, the piezoelectric effect is weak and pain does not occur. Therefore, vibrations and sound vibrations in a fluid can be used to create neuroelectronic interfaces. Therefore, it is possible to detect changes in the activity of neurons by local polarizing currents that occur in the cell membranes of specific neurons. And in this case, the size of the sensors should be about 10-50 microns.

Известен нейроэлектронный интерфейс, действующий на основе принципа электрической поляризации липидной мембраны нейрона через слой диэлектрика, описанный в [40-43], а точнее его разновидность, действующая через слой электролита. В этом интерфейсе нейрон и полупроводник соединены таким образом, что непроводящая липидная мембрана нейрона контактирует через слой электролита (физиологической межклеточной жидкости) с изолирующим слоем диоксида кремния, расположенным на поверхности p-n-перехода чувствительного транзистора. Электрическое поле, генерируемое транзистором, поляризует мембрану нейрона, что заставляет открываться и закрываться ионные каналы, управляемые чувствительными к электрическому полю белками. При наличии слоя электролита между мембраной нейрона и слоем диоксида кремния протекание тока через мембрану нейрона приводит к появлению переносного внеклеточного потенциала в слое электролита, который поляризует слой оксида, позволяя нейрону взаимодействовать с p-n-переходом. И наоборот, этот же потенциал приводит к поляризации мембраны клетки, когда напряжение подается на транзистор. Исследователям из Института им. Макса Планка удалость экспериментально подтвердить факт, что внутриклеточный потенциал и соответствующий ему ток, проходящий через клеточную мембрану, вызывает ответное изменение внеклеточного потенциала, который повторяется транзистором.A neuroelectronic interface is known that acts on the basis of the principle of electrical polarization of the lipid membrane of a neuron through a dielectric layer described in [40-43], or rather, its type, acting through an electrolyte layer. At this interface, the neuron and semiconductor are connected in such a way that the non-conductive lipid membrane of the neuron contacts through an electrolyte layer (physiological intercellular fluid) with an insulating layer of silicon dioxide located on the surface of the pn junction of the sensitive transistor. The electric field generated by the transistor polarizes the membrane of the neuron, which causes the ion channels to open and close, controlled by proteins sensitive to the electric field. In the presence of an electrolyte layer between the neuron membrane and the silicon dioxide layer, the flow of current through the neuron membrane leads to the appearance of a portable extracellular potential in the electrolyte layer, which polarizes the oxide layer, allowing the neuron to interact with the p-n junction. Conversely, this same potential leads to polarization of the cell membrane when voltage is applied to the transistor. Researchers from the Institute. Max Planck's remoteness experimentally confirms the fact that the intracellular potential and the corresponding current passing through the cell membrane causes a response change in the extracellular potential, which is repeated by the transistor.

Тот факт, что нейроны взаимодействуют с поляризованными объектами, ограничивает возможность передачи информации с помощью изолированных электрических проводников вглубь мозга. Так как сам по себе такой проводник уже будет являться поляризатором, то все области нейронов, через которые проходит этот проводник, будут обязательно возбуждены при передаче электрического импульса через него. Это приведет к нежелательным эффектам при передаче информации в мозг. Таким образом, изолированный электрический проводник является слишком грубым средством для передачи информации и не может быть использован для передачи информации в глубинные структуры мозга без достаточно толстой изоляции.The fact that neurons interact with polarized objects limits the ability to transmit information using isolated electrical conductors deep into the brain. Since such a conductor itself will already be a polarizer, then all areas of the neurons through which this conductor passes will be necessarily excited when an electric pulse is transmitted through it. This will lead to undesirable effects when transmitting information to the brain. Thus, an isolated electrical conductor is too crude a means of transmitting information and cannot be used to transfer information to the deep structures of the brain without sufficiently thick isolation.

Технический результат заявляемого изобретения позволяет создать нейроэлектронный интерфейс, пригодный для получения информации из глубинных распределенных структур мозга и не возбуждающий при этом области нейронов, через которые проходят элементы соединения.The technical result of the claimed invention allows to create a neuroelectronic interface suitable for obtaining information from deep distributed brain structures and not exciting at the same time the areas of neurons through which the connection elements pass.

Для решения этой проблемы была использована идея использования пучка оптоволоконных световодов как средства, не создающего электронных помех при передаче информации и, с другой стороны, позволяющего считывать информацию с достаточно большого массива нейронов.To solve this problem, the idea of using a beam of fiber optic fibers as a means that does not create electronic interference in the transmission of information and, on the other hand, allows you to read information from a sufficiently large array of neurons, was used.

Известна технология по патенту РФ №2270493, с помощью которой можно соединять тысячи, десятки тысяч и даже сотни тысяч оптоволоконных каналов связи, что очень важно для нейроэлектронных интерфейсов.The known technology according to the patent of the Russian Federation No. 2270493, with which you can connect thousands, tens of thousands and even hundreds of thousands of fiber-optic communication channels, which is very important for neuroelectronic interfaces.

Известны также поляризационные модуляторы света на жидких кристаллах [51-64], используемые, в частности, и для преобразования слабых акустических сигналов в модулированный световой поток.Also known are polarization modulators of light on liquid crystals [51–64], which are used, in particular, for converting weak acoustic signals into a modulated luminous flux.

Поэтому для считывания информации с массива нейронов мозга проще всего передать луч света в глубинную структуру мозга по световоду, в области нужного нейрона промодулировать его с помощью чувствительного к электрическому полю или к колебаниям давления (гидроакустическим микроимпульсам) жидкокристаллического модулятора, а затем отразить от отражающего, например зеркального, слоя и вернуть этот промодулированный луч по тому же световоду назад. Связь пакета световодов с компьютерными устройствами можно осуществить с помощью известной технологии интеллектуальных многоконтактных соединений (ИМКС). Для этого можно использовать комбинированные матрицы, в которых вместе с приемной матрицей объединена матрица излучателей.Therefore, to read information from an array of brain neurons, it is easiest to transfer a ray of light into the deep brain structure through a fiber, modulate it in the area of the desired neuron using a liquid crystal modulator that is sensitive to the electric field or to pressure fluctuations (hydroacoustic micro pulses), and then reflect it from a reflecting one, for example mirror layer and return this modulated beam back to the same fiber. The connection of a package of optical fibers with computer devices can be implemented using the well-known technology of intelligent multi-contact connections (IMKS). For this, combined matrices can be used in which a matrix of emitters is combined with a receiving matrix.

Рассмотрим основные технологии, положенные в основу заявляемого решения.Consider the basic technologies underlying the proposed solution.

Известна технология интеллектуальных многоконтактных соединений (ИМКС) по патенту РФ №2270493. Согласно патенту для осуществления многоконтактного соединения объединяют в специальные матрицы передатчики (выводы) прибора-источника информации, приемники (вводы) прибора-потребителя информации и концы пучка проводников сигнала. При формировании матриц не соблюдают строгий порядок пространственного расположения их элементов и формируют их хаотически или «как получится». Матрицы передатчиков и приемников соединяют с соответствующими матрицами пучка проводников, не обязательно точно соблюдая их одинаковое взаимное расположение и добиваясь лишь совпадения областей расположения элементов матриц. Такая конструкция соединений не требует высокой точности изготовления и монтажа, что существенно снижает их стоимость и расширяет возможности массового применения. После соединения и при повреждении соединения производят распознавание и запоминание образовавшихся каналов связи. Затем с помощью коммутаторов каналов подключают каждый распознанный и идентифицированный канал связи к вводам и выводам соединяемых приборов в соответствии с заданной таблицей или программой соединений. При повреждении соединения осуществляется самодиагностика и регенерация соединения. Применение ИМКС в нейроэлектронных интерфейсах позволяет решить целый ряд важнейших проблем. Технология ИМКС позволяет соединять одним разъемом десятки и даже сотни тысяч выводов. Так, оптический кабель размером 5×5 мм, содержащий оптические волокна диаметром 17 микрон, позволяет создать интерфейс, содержащий до 20 тыс.каналов связи (Всего в кабеле содержится 90 тыс.волокон). Этого достаточно, чтобы создавать высокоэффективные протезы достаточно сложных нервов, управляющих конечностями, а также для средств считывания аудио, тактильной, моторной и в какой-то мере даже логической информации из нейронных структур.The known technology of intelligent multi-contact connections (IMKS) according to the patent of the Russian Federation No. 2270493. According to the patent, for the implementation of multi-contact connection, transmitters (outputs) of the information source device, receivers (inputs) of the information consumer device and the ends of the signal conductor bundle are combined into special matrices. When forming matrices, they do not observe the strict order of the spatial arrangement of their elements and form them randomly or “how it turns out”. The matrices of transmitters and receivers are connected to the corresponding matrices of the bundle of conductors, not necessarily strictly observing their identical mutual arrangement and achieving only the coincidence of the areas of arrangement of the matrix elements. This design of the joints does not require high precision manufacturing and installation, which significantly reduces their cost and expands the possibilities of mass application. After the connection and if the connection is damaged, the resulting communication channels are recognized and stored. Then, using the channel switches, each recognized and identified communication channel is connected to the inputs and outputs of the connected devices in accordance with a given table or connection program. If the connection is damaged, self-diagnosis and regeneration of the connection are carried out. The use of IMCS in neuroelectronic interfaces can solve a number of critical problems. IMKS technology allows you to connect tens or even hundreds of thousands of pins with one connector. So, an optical cable 5 × 5 mm in size, containing optical fibers with a diameter of 17 microns, allows you to create an interface containing up to 20 thousand communication channels (In total, the cable contains 90 thousand fibers). This is enough to create highly effective prostheses for complex nerves that control the limbs, as well as for reading audio, tactile, motor, and to some extent even logical information from neural structures.

Рассмотрим уровень техники, характеризующий состояние разработок в области жидкокристаллических устройств и оптоволоконных датчиков.Consider the state of the art characterizing the state of development in the field of liquid crystal devices and fiber optic sensors.

Известно множество жидкокристаллических веществ, в том числе и жидкокристаллических полимеров, пригодных для использования в виде пленок и широко используемых в технике. Их свойства подробно описаны в литературных источниках [51-64].Many liquid crystalline substances are known, including liquid crystal polymers suitable for use in the form of films and widely used in the art. Their properties are described in detail in literature [51-64].

Разработаны принципы синтеза жидкокристаллических полимеров с заданными свойствами [61, 64], с использованием которых получают широчайший спектр современных материалов - от высокочувствительных жидкокристаллических твердых пленок для мониторов до сверхпрочного кевлара для бронежилетов. В частности, в [64] сообщается следующее. «Используя эти принципы, к настоящему времени осуществлен синтез многих тысяч разнообразных по строению ЖК-полимеров. Помимо "чисто линейных" и "чисто гребнеобразных" разветвленных макромолекул, существует большое разнообразие ЖК-полимеров, содержащих парные мезогены, макромолекулы с латерально связанными мезогенными группами, дискообразными и крестообразными фрагментами. Возможно также чередование разных мезогенных групп в пределах одной и той же макромолекулы. Принципиальная возможность синтеза ЖК-полимеров, построенных из макромолекул, состоящих из любой комбинации мезогенных и немезогенных фрагментов, открывает богатейшие возможности для молекулярного конструирования новых полимерных ЖК-соединений. Важно подчеркнуть, что включаемые в состав макромолекул как мезогенные, так и немезогенные группы (в случае сополимеров) могут обладать определенными функциональными свойствами, определяющими, в конечном счете, области практического применения таких ЖК-материалов. Это могут быть, например, высокополярные группировки, способные к ориентации в электромагнитных полях в ЖК-фазе, фоточувствительные группы ("гости"), подвергаемые направленным фотохимическим изменениям в полимерной матрице ("хозяине") (эффект гость-хозяин) и другие функционально работающие фрагменты».The principles of the synthesis of liquid crystal polymers with desired properties [61, 64] have been developed, using which a wide range of modern materials is obtained - from highly sensitive liquid crystal solid films for monitors to heavy-duty Kevlar for body armor. In particular, the following is reported in [64]. “Using these principles, to date, the synthesis of many thousands of LCD structure-diverse polymers has been carried out. In addition to “purely linear” and “purely comb-like” branched macromolecules, there is a wide variety of LC polymers containing paired mesogens, macromolecules with laterally linked mesogenic groups, disk-shaped and cruciform fragments. It is also possible the alternation of different mesogenic groups within the same macromolecule. The fundamental possibility of synthesizing LC polymers constructed from macromolecules, consisting of any combination of mesogenic and non-mesogenic fragments, opens up great opportunities for the molecular construction of new polymer LC compounds. It is important to emphasize that both mesogenic and non-mesogenic groups (in the case of copolymers) included in the composition of macromolecules can possess certain functional properties that ultimately determine the field of practical application of such LC materials. These can be, for example, highly polar groups capable of orientation in electromagnetic fields in the LCD phase, photosensitive groups (“guests”), subjected to directional photochemical changes in the polymer matrix (“host”) (guest-host effect), and other functionally working fragments. "

Названия синтезированным веществам присваиваются часто исходя не из общеустановленных химических правил, а, по коммерческим соображениям, поэтому перечислять их просто нет смысла.The names of the synthesized substances are often assigned not on the basis of generally established chemical rules, but, for commercial reasons, so listing them simply makes no sense.

Известно множество (несколько тысяч) оптически активных веществ, которые могут быть использованы в качестве поляризаторов. Это множество веществ характеризует, например, заявка на выдачу патента РФ №98104984, в которой описан оптический поляризатор, включающий подложку и нанесенное на нее одно или несколько поляризующих покрытий, отличающийся тем, что поляризующее покрытие представляет собой анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой нерастворимого в воде дихроичного красителя, выбранный из ряда кубовых красителей, дисперсных красителей, антрахиноновых красителей, индигоидных красителей, азосоединений, периноновых красителей, полициклических соединений, гетерциклических производных антрона, металлокомплексных соединений, ароматических гетероциклических соединений, является люминесцентным. Поляризующее покрытие дополнительно содержит связующие или пленкообразующие добавки и/или модификатор, в качестве которого могут быть использованы гидрофильные и/или гидрофобные полимеры различного типа, включая жидкокристаллические, кремнийорганические и/или пластификаторы и лаки, включая кремнийорганические и/или неионогенные поверхностно-активные вещества.There are many (several thousand) optically active substances that can be used as polarizers. This many substances are characterized, for example, by patent application of the Russian Federation No. 98104984, which describes an optical polarizer including a substrate and one or more polarizing coatings deposited on it, characterized in that the polarizing coating is an anisotropically absorbing birefringent layer of a water-insoluble dichroic dye selected from a number of vat dyes, disperse dyes, anthraquinone dyes, indigo dyes, azo compounds, perinone dyes, polycyclic compounds of heterocyclic derivatives of anthron, metal complexes, aromatic heterocyclic compounds, is luminescent. The polarizing coating further comprises binders or film-forming additives and / or a modifier, which can be used hydrophilic and / or hydrophobic polymers of various types, including liquid crystalline, organosilicon and / or plasticizers and varnishes, including organosilicon and / or nonionic surfactants.

Известно множество конструкций модуляторов и поляризаторов, использующих жидкокристаллические вещества.Many designs of modulators and polarizers using liquid crystalline substances are known.

По патенту РФ 2296354 известен «ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ МОДУЛЯТОР СВЕТА НА ОСНОВЕ ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩИХ ПИРИДИНОВЫХ СТРУКТУР ДЛЯ ДИСПЛЕЙНОЙ И ТЕЛЕВИЗИОННОЙ ТЕХНИКИ». Устройство представляет собой многослойную электрооптическую структуру, состоящую из пленки нематического жидкого кристалла (НЖК), сенсибилизированного фоточувствительным комплексом с переносом заряда на основе системы: фоточувствительная пиридиновая структура-фуллерен. Для ориентации молекул ЖК используется ориентирующее покрытие на основе пленок нефоточувствительного полиимида.According to the patent of the Russian Federation 2296354, “LIQUID-CRYSTAL SPATIAL-TEMPORARY LIGHT MODULATOR BASED ON FULLER-CONTAINING PYRIDINE STRUCTURES FOR DISPLAY AND TELEVISION TECHNIQUES” is known. The device is a multilayer electro-optical structure consisting of a nematic liquid crystal film (NLC) sensitized by a photosensitive complex with charge transfer based on the system: a photosensitive pyridine-fullerene structure. An orientation coating based on films of non-photosensitive polyimide is used to orient LC molecules.

По патенту РФ №2141683 известен поляризатор, содержащий две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена пленка капсулированного полимером холестерического жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией. Макромолекулы в полимерной пленке ориентированы в одном направлении. В зависимости от величины приложенного электрического поля устройство может находиться в трех различных оптических состояниях: рассеивать свет любой поляризации, пропускать только одну плоскополяризованную компоненту света, пропускать свет любой поляризации.According to the patent of the Russian Federation No. 2141683, a polarizer is known that contains two parallel transparent plates with transparent electrodes on the inner sides, between which there is a film of a polymer-encapsulated cholesteric liquid crystal with positive dielectric anisotropy. Macromolecules in a polymer film are oriented in one direction. Depending on the magnitude of the applied electric field, the device can be in three different optical states: scatter light of any polarization, pass only one plane-polarized component of light, pass light of any polarization.

По патенту РФ №96107430 известен жидкокристаллический (ЖК) индикаторный элемент, содержащий слой жидкого кристалла, размещенный между первой и второй пластинами с электродами, светопреобразующими, поляризующими и ориентирующими слоями, отличающийся тем, что для поляризации света поляризующий слой выполнен в виде поляризующего покрытия, состоящего из анизотропно поглощающего слоя молекул органического красителя, способного к образованию жидкокристаллической фазы. На обеих пластинах или только на второй пластине сформирован двулучепреломляющий слой, который расположен между слоем жидкого кристалла или другими слоями, отделяющими его от слоя жидкого кристалла, и поляризующим покрытием или другими слоями, нанесенными на поляризующее покрытие.According to the patent of the Russian Federation No. 96107430, a liquid crystal (LCD) indicator element is known containing a liquid crystal layer located between the first and second plates with electrodes, light converting, polarizing and orienting layers, characterized in that for polarizing light, the polarizing layer is made in the form of a polarizing coating, consisting from an anisotropic absorbing layer of organic dye molecules capable of forming a liquid crystal phase. A birefringent layer is formed on both plates or only on the second plate, which is located between the liquid crystal layer or other layers separating it from the liquid crystal layer and the polarizing coating or other layers deposited on the polarizing coating.

По заявке на выдачу патента РФ №2000104475 известен дихроичный поляризатор, содержащий, по крайней мере, одну анизотропно поглощающую пленку из ориентированных молекул органического вещества, отличающийся тем, что он содержит, по крайней мере, одну поляризующую пленку, и/или, по крайней мере, одну пленку из проводящего материала, и/или, по крайней мере, одну фазозадерживающую пленку, и/или, по крайней мере, одну двулучепреломляющую пленку, и/или, по крайней мере, одну ориентирующую пленку, и/или, по крайней мере, одну защитную пленку, и/или, по крайней мере, одну пленку ЖК, и/или, по крайней мере, одну пленку, зеркально или диффузно отражающую свет, и/или, по крайней мере, одну пленку, одновременно выполняющую функции любого сочетания, по крайней мере, двух из указанных пленок, при этом, по крайней мере, одна из этих пленок может являться анизотропно или изотропно поглощающей и/или двулучепреломляющей.According to the application for the grant of a patent of the Russian Federation No.2000104475, a dichroic polarizer is known containing at least one anisotropically absorbing film of oriented molecules of organic matter, characterized in that it contains at least one polarizing film, and / or at least , one film of conductive material, and / or at least one phase-holding film, and / or at least one birefringent film, and / or at least one orienting film, and / or at least one protective film, and / or, at most at least one LCD film, and / or at least one film that reflects light specularly or diffusely, and / or at least one film that simultaneously functions as any combination of at least two of these films, in this case, at least one of these films may be anisotropically or isotropically absorbing and / or birefringent.

Известны оптоволоконные датчики, содержащие оптическое волокно, в качестве средства связи с модуляторами различного типа.Known optical sensors containing optical fiber, as a means of communication with modulators of various types.

По заявке на выдачу патента США №20070025661 «Fiber-optic sensor or modulator using tuning of long period gratings with self-assembled layers» известен оптоволоконный сенсор или модулятор, использующий дифракционную решетку с самособирающимся слоем. Он обеспечивает ионную самосборку многослойной пленки на волоконно-оптическом элементе, включающем дифракционную решетку.According to the application for the grant of US patent No. 20070025661 "Fiber-optic sensor or modulator using tuning of long period gratings with self-assembled layers" a fiber optic sensor or modulator is known that uses a diffraction grating with a self-assembled layer. It provides ionic self-assembly of a multilayer film on a fiber optic element including a diffraction grating.

По заявке на выдачу патента США №20050157305 «Micro-optical sensor system for pressure, acceleration and pressure gradient measurements» известна микрооптическая сенсорная система для измерения давления, ускорения и градиента давления. Оптическая часть системы базируется на оптоволоконном интерферометре Фарби-Перота. Содержит схемы модуляции и демодуляции фазы света.In the application for the grant of US patent No. 20050157305 "Micro-optical sensor system for pressure, acceleration and pressure gradient measurements" known micro-optical sensor system for measuring pressure, acceleration and pressure gradient. The optical part of the system is based on a Farby-Perot fiber optic interferometer. Contains modulation and demodulation schemes for the phase of light.

По заявке на выдачу патента США №20040031326 «Fiber-optic pressure sensor» известен оптоволоконный датчик давления, содержащий головку, измеряющую давление, которая включает диафрагму, функционирующую как преобразователь давления и совершающую перемещения под действием давления, и включает, по крайней мере, один оптический световод, направленный на поверхность диафрагмы и через который свет, излученный источником, модулируется поверхностью диафрагмы, имеющей отражающую область и область с низкой отражающей способностью.US Patent Application No. 20040031326, Fiber-optic pressure sensor, discloses an optical fiber pressure sensor comprising a pressure measuring head, which includes a diaphragm that functions as a pressure transducer and which moves under pressure and includes at least one optical a light guide directed to the surface of the diaphragm and through which the light emitted by the source is modulated by the surface of the diaphragm having a reflective region and a low reflective region.

По заявке на выдачу патента США №20040047535 «Enhanced fiber-optic sensor» известен оптоволоконный датчик, который включает одно или более оптоволоконных сенсорных зондов, источник света, детектор света. В одной реализации оптоволоконный зонд включает оптическое волокно, завершенное линзой.In the application for the grant of US patent No. 200447535 "Enhanced fiber-optic sensor" known fiber optic sensor, which includes one or more fiber optic sensor probes, a light source, a light detector. In one implementation, the optical fiber probe includes an optical fiber terminated by a lens.

По заявке на выдачу патента США №20040021100 «Fiber-optic sensor for measuring level of fluid» известен оптоволоконный сенсор для измерения уровня жидкости, который состоит из упорядоченного массива множества оптических волокон. Каждое волокно содержит один чувствительный элемент, расположенный на специфическом уровне в диапазоне изменения уровня жидкости, и передает различные световые сигналы в зависимости от того, погружен ли чувствительный элемент в жидкость или расположен выше уровня жидкости. Ввод волоконного пучка освещен закодированным световым лучом. Декодирующая система обеспечивает возможность обнаружения световых сигналов на выходе. Количество волокон в пучке определяет количество чувствительных секций, расположенных на различных уровнях, и определяет точность измерения уровня.In the application for the grant of US patent No. 20040021100 "Fiber-optic sensor for measuring level of fluid" known fiber-optic sensor for measuring the liquid level, which consists of an ordered array of many optical fibers. Each fiber contains one sensing element located at a specific level in the range of the liquid level, and transmits various light signals depending on whether the sensitive element is immersed in the liquid or located above the liquid level. The input of the fiber beam is illuminated by a coded light beam. The decoding system provides the ability to detect light signals at the output. The number of fibers in the beam determines the number of sensitive sections located at different levels, and determines the accuracy of level measurement.

По заявке на выдачу патента США №20030159518 «Ultra-miniature optical pressure sensing system» известна ультраминиатюрная оптическая система, чувствительная к давлению, которая включает корпус сенсора и мембрану, сформированные с использованием методов изготовления микросхем. Корпус сенсора имеет ребра и бороздки как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях относительно поверхности, чтобы позволять мембране изгибаться. Действие давления вызывает изгиб мембраны, который улавливается сенсорной головкой.U.S. Patent Application No. 20030159518, Ultra-miniature optical pressure sensing system, discloses a pressure-sensitive ultra-miniature optical system that includes a sensor housing and a membrane formed using microcircuit manufacturing techniques. The sensor body has ribs and grooves in both horizontal and vertical directions relative to the surface to allow the membrane to bend. The action of pressure causes the membrane to bend, which is captured by the sensor head.

По патенту РФ №2003118757 известен оптоволоконный датчик давления, содержащий корпус, подводящие и отводящие оптические волокна, относительно общего торца которых с зазором установлена стаканообразная мембрана с зеркальной отражающей поверхностью, штуцер, выполненный за одно целое с мембраной, отличающийся тем, что в конструкцию датчика введена прокладка, общие торцы подводящих и отводящих оптоволоконных световодов закреплены во втулке, поверхность которой, обращенная к мембране, опирается на торцевую поверхность прокладки, другая торцевая поверхность прокладки опирается на штуцер, внутренние размеры прокладки больше внешних соответствующих размеров мембраны.According to the patent of the Russian Federation No. 2003118757, a fiber-optic pressure sensor is known that contains a housing, optical fiber inlet and outlet, relative to the common end of which a glass-shaped membrane with a mirror reflecting surface is installed with a gap, a fitting made in one piece with the membrane, characterized in that the sensor design is introduced the gasket, the common ends of the inlet and outlet optical fibers are fixed in the sleeve, the surface of which, facing the membrane, rests on the end surface of the gasket, the other end th surface of the gasket is based on the union, the internal dimensions of the gasket over the outer membrane of appropriate size.

По патенту РФ 2091984 известен «ОПТОВОЛОКОННЫЙ ПРИЕМНИК ГРАДИЕНТА ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ». Сущность изобретения заключается в том, что однолучевой волоконный интерферометр Цендера-Маха, имеющий в качестве датчика две волоконные катушки, расположенные на известном расстоянии друг от друга, дополняется многолучевым двухкольцевым интерферометром, имеющим три оптически связанные волоконные катушки.According to the patent of the Russian Federation 2091984 the "FIBER OPTIC RECEIVER OF THE GRADIENT OF SOUND PRESSURE" is known. The essence of the invention lies in the fact that a single-beam Zehnder-Mach interferometer having as a sensor two fiber coils located at a known distance from each other is supplemented by a multi-beam double-ring interferometer having three optically coupled fiber coils.

По патенту РФ №2273115 известен «ОПТИЧЕСКИЙ МИКРОФОН», содержащий корпус, мембрану, закрепленную по периметру корпуса, источник излучения, оптоволоконный световод, фокусирующую линзу и светочувствительный элемент, согласно изобретению он снабжен направляющей линзой, установленным за ней поляризатором, анализатором, установленным перед фокусирующей линзой, фотоумножителем и регистратором, при этом анализатор соединен через шток с внутренней поверхностью мембраны с возможностью поворота при помощи пружинно-рычажного механизма.According to RF patent No. 2273115, an “OPTICAL MICROPHONE” is known, comprising a housing, a membrane fixed along the perimeter of the housing, a radiation source, a fiber optic light guide, a focusing lens and a photosensitive element, according to the invention it is equipped with a guide lens, a polarizer installed behind it, an analyzer installed in front of the focusing a lens, a photomultiplier and a registrar, while the analyzer is connected through the rod to the inner surface of the membrane with the possibility of rotation using a spring-link mechanism.

Предлагаемым изобретением решается задача создания средств считывания информации с группы нейронов, находящихся не только на поверхности нейроструктур, но и в глубине массива нейронов.The present invention solves the problem of creating means of reading information from a group of neurons located not only on the surface of neurostructures, but also in the depth of the array of neurons.

Технический результат, получаемый от изобретений, заключается в создании нового нейроэлектронного многоканального считывающего интерфейса как средства соединения вычислительных структур с группами нейронов, позволяющего осуществлять вывод информации из любых частей нервной системы биологических организмов, включая различные области и структуры головного или спинного мозга, органы чувств, нервные узлы, скопления нервных клеток и т.п., содержащие нейроны, объединенные синаптическими и аксональными связями в какую-либо нейроструктуру.The technical result obtained from the inventions is to create a new neuroelectronic multi-channel reading interface as a means of connecting computational structures with groups of neurons, allowing information to be output from any parts of the nervous system of biological organisms, including various areas and structures of the brain or spinal cord, sensory organs, nerve nodes, clusters of nerve cells, etc., containing neurons, united by synaptic and axonal connections in any neurostructure .

Основная идея заявляемого нейроэлектронного интерфейса заключается в следующем.The main idea of the claimed neuroelectronic interface is as follows.

Если в известных считывающих или выводящих информацию из нейронной структуры нейроэлектронных интерфейсах импульс нейрона считывается транзисторной структурой или непосредственно снимается с мембраны нейрона, затем отводится от него по изолированному электрическому проводнику, то в предлагаемом интерфейсе используется импульс света, который подается по волоконно-оптическому световоду к нейрону, модулируется там в сигнал, несущий информацию об активности нейрона импульсом электрического поля мембраны нейрона или импульсом вибрации нейрона, а затем отражается обратно в матрицу ИМКС, которая обеспечивает соединение множества оптических волокон с вычислительным устройством. При этом оптические волокна со стороны ввода сигналов объединены, например, путем заливки полимером в пакет оптических волоконных световодов. На торце пакета путем его шлифовки создана плоская оптическая матрица оптоволоконного разъема, который соединяется с комбинированной многоканальной матрицей, содержащей светоизлучающие ячейки и фотоприемные ячейки.If in the known neuroelectronic interfaces that read or output information from the neural structure of the neuroelectronic interfaces, the neuron pulse is read by the transistor structure or directly removed from the neuron’s membrane, then removed from it by an insulated electric conductor, then the proposed interface uses a light pulse that is fed through the optical fiber to the neuron modulated there into a signal carrying information about the activity of a neuron by a pulse of the electric field of the neuron membrane or a pulse of vibration and the neuron, and then reflected back into the matrix IMKS that provides connection of a plurality of optical fibers with a computing device. In this case, the optical fibers from the signal input side are combined, for example, by pouring polymer into a packet of optical fiber optical fibers. At the end of the packet by grinding it, a flat optical matrix of a fiber-optic connector is created, which is connected to a combined multi-channel matrix containing light-emitting cells and photodetector cells.

Прототипом заявляемого изобретения является устройство по патенту РФ №2270493. Согласно патенту для осуществления многоконтактного соединения объединяют в специальные матрицы передатчики (выводы) прибора-источника информации, приемники (вводы) прибора-потребителя информации и концы пучка проводников сигнала. Матрицы передатчиков и приемников соединяют с соответствующими матрицами пучка проводников. После соединения производят распознавание и запоминание образовавшихся каналов связи. Затем с помощью коммутаторов каналов подключают каждый распознанный и идентифицированный канал связи к вводам и выводам соединяемых приборов в соответствии с заданной таблицей соединений.The prototype of the claimed invention is a device according to the patent of the Russian Federation No. 2270493. According to the patent, for the implementation of multi-contact connection, transmitters (outputs) of the information source device, receivers (inputs) of the information consumer device and the ends of the signal conductor bundle are combined into special matrices. The matrices of transmitters and receivers are connected to the corresponding matrices of the bundle of conductors. After the connection, recognition and storage of the formed communication channels is carried out. Then, using the channel switches, each recognized and identified communication channel is connected to the inputs and outputs of the connected devices in accordance with a given connection table.

Из медицины известны решения, когда пакет световодов помещают во внешнюю оболочку обтекаемой формы, сделанную из растворимого вещества. Оболочка может иметь каналы для вспомогательных приспособлений и может иметь ответвления на разных расстояниях от оптоволоконного разъема.Solutions are known from medicine when a packet of optical fibers is placed in an outer shell of a streamlined shape made of a soluble substance. The shell may have channels for accessories and may have branches at different distances from the fiber optic connector.

Основные отличия заявляемого нейроэлектронного многоканального интерфейса заключаются в следующем.The main differences of the claimed neuroelectronic multi-channel interface are as follows.

1. Многоканальная матрица одновременно содержит светоизлучающие ячейки, например светодиоды или полупроводниковые лазеры, и светочувствительные ячейки, например фотодиоды или фототранзисторы.1. The multichannel matrix simultaneously contains light-emitting cells, for example LEDs or semiconductor lasers, and photosensitive cells, for example photodiodes or phototransistors.

1.1. Светоизлучающие и светочувствительные ячейки в матрице расположены в шахматном порядке.1.1. The light-emitting and photosensitive cells in the matrix are staggered.

1.2. Светоизлучающие и светочувствительные ячейки являются матрицей из концентрических фигур:1.2. Light-emitting and photosensitive cells are a matrix of concentric figures:

1.2.1. Светоизлучающие и светочувствительные ячейки являются концентрическими окружностями;1.2.1. Light-emitting and photosensitive cells are concentric circles;

1.2.2. Светоизлучающие и светочувствительные ячейки являются концентрически размещенными фигурами, например треугольниками, квадратами, многоугольниками, в том числе и со скругленными углами при вершинах.1.2.2. Light-emitting and photosensitive cells are concentrically placed figures, for example, triangles, squares, polygons, including with rounded corners at the vertices.

1.2.3. Как светоизлучающие, так и светочувствительные концентрически расположенные ячейки могут быть как внешними, так и внутренними относительно друг друга.1.2.3. Both light-emitting and light-sensitive concentrically located cells can be both external and internal relative to each other.

1.3. Светоизлучающие и светочувствительные ячейки размещены в комбинированной матрице так, чтобы на каждый торец оптоволоконного световода попадало частично или полностью минимум по одной светоизлучающей и светочувствительной ячейке.1.3. Light-emitting and photosensitive cells are placed in a combined matrix so that at least one light-emitting and photosensitive cell is partially or completely incident on each end of the optical fiber.

Другими отличиями являются в принципе известные признаки, частично совпадающие с набором признаков стандартного жидкокристаллического модулятора. Однако новый модулятор осуществлен на торце оптического волокна и он не содержит электродов, осуществляющих модуляцию слоя жидкокристаллического вещества приложенным электрическим полем, чего нет у известных устройств и у прототипа, поэтому этот набор может считаться новым отличием. Эти отличия включены во второй зависимый пункт формулы в следующем виде.Other differences are, in principle, well-known features, partially matching the set of features of a standard liquid crystal modulator. However, the new modulator is implemented at the end of the optical fiber and it does not contain electrodes that modulate the liquid crystal layer with an applied electric field, which is not the case with the known devices and the prototype, therefore this set can be considered a new difference. These differences are included in the second dependent claim in the following form.

2. Активная наноструктура содержит нанесенные полностью или частично и/или на торец световода, и/или на его боковую поверхность тонкопленочный поляризатор, слой жидкокристаллического вещества, и/или второй тонкопленочный поляризатор, плоскость поляризации которого повернута относительно плоскости поляризации первого поляризатора, и/или отражающий зеркальный или диффузный слой, например, из металла или из многослойного диэлектрика, в том числе и эластичного.2. The active nanostructure comprises a thin-film polarizer, a layer of liquid crystalline substance, and / or a second thin-film polarizer, the plane of polarization of which is rotated relative to the plane of polarization of the first polarizer, deposited in whole or in part and / or on the end of the fiber and / or on its lateral surface, and / or a reflecting mirror or diffuse layer, for example, of metal or of a multilayer dielectric, including elastic.

Зависимые признаки по п.3 и 4 формулы характеризуют отличия наноструктуры заявляемого интерфейса, которых нет у прототипа.The dependent features according to claim 3 and 4 of the formula characterize the differences in the nanostructure of the claimed interface, which the prototype does not have.

3. Нейроэлектронный многоканальный оптоволоконный интерфейс по п.1, отличающийся тем, что активная наноструктура содержит жидкокристаллическое вещество, чувствительное к механическим воздействиям, в частности к давлению или гидроакустическим импульсам давления.3. The neuroelectronic multichannel optical fiber interface according to claim 1, characterized in that the active nanostructure contains a liquid crystal substance that is sensitive to mechanical stresses, in particular pressure or hydroacoustic pressure pulses.

4. Нейроэлектронный многоканальный оптоволоконный интерфейс по п.1, отличающийся тем, что активная наноструктура содержит жидкокристаллическое вещество, чувствительное к электрическому полю и/или к его изменению.4. The neuroelectronic multi-channel optical fiber interface according to claim 1, characterized in that the active nanostructure contains a liquid crystal substance that is sensitive to the electric field and / or to its change.

Предлагаемое изобретение поясняется фигурами 1-9.The invention is illustrated by figures 1-9.

На фигурах 1-9 цифрами обозначены:In figures 1-9, the numbers denote:

1 - комбинированная матрица ИМКС, состоящая из светоизлучающих ячеек и светочувствительных ячеек;1 - a combined matrix of IMCS, consisting of light-emitting cells and photosensitive cells;

2 - оптоволоконный световод;2 - fiber optic fiber;

3 - оболочка оптоволоконного световода;3 - sheath of a fiber optic fiber;

4 - светоизлучающая ячейка, например светодиод или микролазер, элемент матрицы ИМКС;4 - a light-emitting cell, for example an LED or a microlaser, an element of the IMKS matrix;

5 - излучаемый луч света;5 - emitted ray of light;

6 - активная наноструктура;6 - active nanostructure;

7 - слой жидкокристаллического вещества, например полимера на основе линейных или гребнеобразных разветвленных макромолекул либо на основе молекул, содержащих парные мезогены, макромолекул с латерально связанными мезогенными группами, дискообразными и крестообразными фрагментами;7 - a layer of a liquid crystal substance, for example, a polymer based on linear or comb-shaped branched macromolecules or on the basis of molecules containing paired mesogens, macromolecules with laterally linked mesogenic groups, disk-shaped and cruciform fragments;

8 - отражающий зеркальный или диффузный слой, например, из золота или серебра, алюминия, слоев эластичного диэлектрика и т.п.;8 - reflective mirror or diffuse layer, for example, of gold or silver, aluminum, layers of an elastic dielectric, etc .;

9 - тонкопленочный поляризатор, слой поляризующего вещества на основе поливинилового спирта, стереорегулярных полиенов, эпоксидных олигомеров с нелинейно-оптическими хромофорными группами и т.п.;9 - thin-film polarizer, a layer of a polarizing substance based on polyvinyl alcohol, stereoregular polyenes, epoxy oligomers with non-linear optical chromophore groups, etc .;

10 - промодулированный и отраженный луч света;10 - modulated and reflected light beam;

11 - светочувствительная ячейка, например фотодиод или фототранзистор, элемент матрицы ИМКС;11 - a photosensitive cell, for example a photodiode or phototransistor, an element of the IMKS matrix;

12 - плоская оптическая матрица световодов;12 is a flat optical matrix of optical fibers;

13 - пакет оптоволоконных световодов;13 - a package of fiber optic fibers;

14 - внешняя сплошная оболочка пакета световодов;14 - outer continuous cladding of a packet of optical fibers;

15 - наконечник из растворимого вещества;15 - tip of a soluble substance;

16 - нейрон;16 - neuron;

17 - синапс;17 - synapse;

18 - аксон.18 - axon.

На фигуре 1 показан один оптоволоконный световод, подключенный вверху к комбинированной матрице ИМКС, состоящей из светоизлучающих ячеек и светочувствительных ячеек. В нижней части рисунка показан один из вариантов активной наноструктуры.The figure 1 shows one optical fiber, connected at the top to the combined matrix of the IMKS, consisting of light-emitting cells and photosensitive cells. At the bottom of the figure, one of the options for an active nanostructure is shown.

На фигурах 2 и 3 показаны варианты конструкций комбинированных матриц ИМКС.In figures 2 and 3 shows the design options of the combined matrix IMCS.

На фигуре 4 показана плоская оптическая матрица световодов.The figure 4 shows a flat optical matrix of optical fibers.

На фигуре 5 и 6 показаны варианты соединения комбинированных матриц ИМКС и оптической матрицы световодов.Figure 5 and 6 show the connection options of the combined matrix IMCS and the optical matrix of the optical fibers.

На фигурах 7 и 8 показан интерфейс в оболочке до введения и через некоторое время после введения в нейроструктуру.In figures 7 and 8 shows the interface in the shell before the introduction and after some time after the introduction into the neurostructure.

На фигуре 9 показана схема соединения заявляемого интерфейса с нейроструктурой.The figure 9 shows the connection diagram of the inventive interface with the neurostructure.

Нейроэлектронный интерфейс устроен следующим образом.The neuroelectronic interface is arranged as follows.

Пакет оптоволоконных световодов 2 соединен с комбинированной матрицей 1, состоящей из светоизлучающих ячеек 4 и светочувствительных ячеек 11. При этом в торец каждого световода 2 попадает световое излучение минимум от одной светоизлучающей ячейки 4. Излучаемый луч света 5 распространяется по световоду 2 и достигает наконечника с активной наноструктурой 6. Активная наноструктура 6 содержит первый слой поляризатора 9, нанесенного в показанной реализации на торец световода 2. На этот слой нанесен слой жидкокристаллического вещества 7, высокочувствительного к давлению или к электрическому полю. Этот слой в свою очередь покрыт вторым слоем поляризатора 9, на который нанесен отражающий зеркальный или диффузный слой 8.A packet of fiber optic fibers 2 is connected to a combined matrix 1 consisting of light-emitting cells 4 and photosensitive cells 11. At the same time, light from at least one light-emitting cell 4 enters the end of each fiber 2. The emitted light beam 5 propagates through fiber 2 and reaches the active tip nanostructure 6. The active nanostructure 6 contains the first layer of polarizer 9, deposited in the shown implementation on the end of the fiber 2. On this layer is a layer of liquid crystal substance 7, highly sensitive resistant to pressure or to the electric field. This layer, in turn, is coated with a second layer of polarizer 9, on which a reflective mirror or diffuse layer 8 is applied.

Многоканальная матрица 1 одновременно содержит чередующиеся светоизлучающие ячейки 4, например светодиоды или полупроводниковые лазеры, и светочувствительные ячейки 11, например фотодиоды или фототранзисторы. В одном варианте исполнения, показанном на фиг.2, светоизлучающие 4 и светочувствительные 11 ячейки в матрице 1 расположены в шахматном порядке.The multi-channel matrix 1 simultaneously contains alternating light-emitting cells 4, for example LEDs or semiconductor lasers, and photosensitive cells 11, for example photodiodes or phototransistors. In one embodiment, shown in FIG. 2, the light emitting 4 and photosensitive 11 cells in the matrix 1 are staggered.

В другой реализации, показанной на фиг.3, светоизлучающие 4 и светочувствительные 11 ячейки являются матрицей из концентрических фигур. На рисунке показана матрица, состоящая из концентрических квадратов со скругленными углами. Светоизлучающие ячейки 4 являются внешними по отношению к светочувствительным ячейкам 11, которые расположены в центре квадратов.In another implementation shown in FIG. 3, light emitting 4 and photosensitive 11 cells are a matrix of concentric figures. The figure shows a matrix consisting of concentric squares with rounded corners. The light emitting cells 4 are external to the photosensitive cells 11, which are located in the center of the squares.

Возможны варианты исполнения, где светоизлучающие и светочувствительные ячейки являются концентрическими окружностями. В общем случае светоизлучающие и светочувствительные ячейки могут быть концентрически размещенными фигурами, например треугольниками, квадратами, многоугольниками, в том числе и со скругленными углами при вершинах. Как светоизлучающие 4, так и светочувствительные 11 концентрически расположенные ячейки могут быть как внешними, так и внутренними относительно друг друга. Светоизлучающие 4 и светочувствительные 11 ячейки размещены в комбинированной матрице 1 так, чтобы на каждый торец оптоволоконного световода 2 попадало частично или полностью минимум по одной светоизлучающей и светочувствительной ячейке, как показано на фиг.5 и 6, где плоская оптическая матрица световодов 12 наложена на комбинированные матрицы 1 разных типов.Variants are possible where light-emitting and photosensitive cells are concentric circles. In the general case, light-emitting and photosensitive cells can be concentrically placed figures, for example, triangles, squares, polygons, including those with rounded corners at the vertices. Both light emitting 4 and photosensitive 11 concentrically located cells can be both external and internal relative to each other. Light-emitting 4 and photosensitive 11 cells are placed in the combined matrix 1 so that at least one light-emitting and light-sensitive cell is partially or completely attached to each end of the optical fiber 2, as shown in FIGS. 5 and 6, where the flat optical matrix of the optical fibers 12 is superimposed on the combined matrices 1 of different types.

На фиг.7 и 8 показан пакет оптоволоконных световодов 13, помещенный во внешнюю сплошную оболочку 14 пакета световодов и имеющий наконечник 15 из растворимого вещества.7 and 8 show a packet of fiber optic fibers 13, placed in the outer continuous sheath 14 of the packet of optical fibers and having a tip 15 of a soluble substance.

Нейроэлектронный интерфейс работает следующим образом.The neuroelectronic interface operates as follows.

В нужную нейронную структуру, например, мозга через отверстие в черепе вводится пакет оптоволоконных световодов 13 в оболочке 14. После рассасывания наконечника 15 интерфейса освобождаются наконечники 6 оптоволоконных световодов 2, которые распределяются в нейронной структуре среди нейронов 16, проходя вблизи синапсов 17 и аксонов 18. В процессе функционирования нейронов 16 по аксонам 18 проходят нервные импульсы, которые порождают поляризационные эффекты, вызывающие локальную поляризацию мембран нейронов и связанные с этим изменения электрических полей вблизи них. При этом возникают и микроскопические гидроакустические импульсы.A packet of fiber optic fibers 13 in the sheath is introduced into the desired neural structure, for example, of the brain through an opening in the skull. After the interface tip 15 is resorbed, the tips 6 of the optical fibers 2, which are distributed in the neural structure among neurons 16, are released near the synapses 17 and axons 18. In the process of functioning of neurons 16, nerve impulses pass along axons 18, which generate polarizing effects that cause local polarization of the membranes of neurons and the associated changes in electrical eskih fields near them. In this case, microscopic hydroacoustic pulses also arise.

В комбинированной матрице 1 луч света 5 от светоизлучающей ячейки 4 попадает в оптоволоконный световод 2 и по нему достигает наконечника с активной наноструктурой 6. Проходя через первый поляризатор 9, свет поляризуется, затем модулируется слоем жидкокристаллического вещества 7.In the combined matrix 1, the light beam 5 from the light-emitting cell 4 enters the fiber optic fiber 2 and along it reaches the tip with the active nanostructure 6. Passing through the first polarizer 9, the light is polarized, then modulated by a layer of liquid crystal substance 7.

В одной реализации слой жидкокристаллического вещества 7 реагирует на изменение электрического поля мембран нейронов 16, которое зависит от изменения локальной поляризации мембран нейронов 16 в процессе их работы.In one implementation, the layer of liquid crystal substance 7 responds to a change in the electric field of the membranes of neurons 16, which depends on a change in the local polarization of the membranes of neurons 16 during their operation.

В другой реализации слой жидкокристаллического вещества 7 реагирует на микроскопические гидроакустические импульсы в межнейронной жидкости, которые возникают в процессе работы нейронов 16, в частности, в процессе прохождения нервного импульса по аксону 18.In another implementation, the layer of liquid crystal substance 7 responds to microscopic hydroacoustic pulses in interneuronal fluid that arise during the operation of neurons 16, in particular, during the passage of a nerve impulse along axon 18.

Промодулированный слоем 7 луч света вторично поляризуется вторым поляризатором 9 и отражается от отражающего слоя 8 обратно к матрице 1 в виде модулированного луча 10. Этот модулированный луч 10 принимается светочувствительной ячейкой 11, преобразуется в электрический сигнал и выводится в электронное устройство, соединенное с матрицей 1 по технологии ИМКС.The light beam modulated by layer 7 is secondly polarized by the second polarizer 9 and reflected from the reflecting layer 8 back to the matrix 1 in the form of a modulated beam 10. This modulated beam 10 is received by the photosensitive cell 11, converted into an electrical signal and output to an electronic device connected to the matrix 1 by IMKS technologies.

Таким образом, путем считывания нервных импульсов с нейронов, а в простейшем случае путем распознавания изменения их активности, осуществляется связь нейронной структуры с вычислительным устройством.Thus, by reading nerve impulses from neurons, and in the simplest case by recognizing changes in their activity, a neural structure is connected to a computing device.

Чем с большего числа нейронов удастся снимать управляющие сигналы, тем точнее и полнее будет получаемая информация. Желательно снимать информацию с групп нейронов, количество которых приближается к десяткам тысяч или даже миллионам. Например, чтобы считывать и понимать сенсорные образы или образы звуков, или может быть даже слов, прямо из структур мозга, придется считывать информацию с десятков тысяч нейронов. А для считывания зрительной или абстрактной логической информации, например, для понимания логического хода мыслей человека возможно нужно будет научиться работать с миллионами или даже с десятками миллионов нейронов.The more control signals can be taken from a larger number of neurons, the more accurate and complete the information will be received. It is advisable to remove information from groups of neurons, the number of which is close to tens of thousands or even millions. For example, in order to read and understand sensory images or images of sounds, or maybe even words, directly from brain structures, you will have to read information from tens of thousands of neurons. And for reading visual or abstract logical information, for example, for understanding the logical course of a person’s thoughts, it may be necessary to learn how to work with millions or even tens of millions of neurons.

Для приемлемой для практики точности управления протезами конечностей, например протезом с одним суставом, или для дистанционного управления транспортными средствами или оружием, и т.п. возможно может понадобиться значительно меньше каналов - порядка одного-двух тысяч. Но, чем больше будет каналов, тем точнее и разнообразнее могут быть управляющие команды, которые будет генерировать нейроструктура для управления подключенным объектом, тем более точной будет информация, полученная от нейроструктуры.For practical accuracy of control of limb prostheses, for example, a prosthesis with one joint, or for remote control of vehicles or weapons, etc. perhaps you may need significantly fewer channels - about one or two thousand. But, the more channels there are, the more accurate and more diverse can be the control commands that the neurostructure will generate to control the connected object, the more accurate the information received from the neurostructure will be.

При нейропротезировании, например, протеза конечности с использованием предлагаемого интерфейса в результате постоянной тренировки нейроны управляющих областей мозга должны постепенно установить контакты с наноструктурами 6 на торцах световодов, как показано на фиг.9, т.е. точно так, как они устанавливают новые контакты с живыми нейронами. При этом аксоны конечных цепочек нейронов могут приблизиться к наноструктурам 6 и даже войти в механический контакт с ними, передавая необходимую для управления информацию. При этом порядок вывода информации с областей мозга или нервного узла в нейроинтерфейс не имеет значения. Главное, чтобы этот поток информации был дискретизирован и однозначно связан с получаемой по обратной (скорее всего зрительной) связи информацией о результатах действия. Нейроны в процессе тренировки сами перестроятся в структуры, правильно создающие управляющее воздействие. Следовательно, методика тренировки и активизации процесса образования аксон-наноструктурных контактов интерфейса должна базироваться на активном использовании обратной связи с протезируемым.When neuro prosthetics, for example, a limb prosthesis using the proposed interface, as a result of constant training, the neurons of the control regions of the brain should gradually establish contacts with nanostructures 6 at the ends of the optical fibers, as shown in Fig. 9, i.e. just like they make new contacts with living neurons. In this case, the axons of the final chains of neurons can approach the nanostructures 6 and even enter into mechanical contact with them, transmitting the information necessary for control. In this case, the order of information output from areas of the brain or nerve node to the neurointerface does not matter. The main thing is that this information flow should be discretized and unambiguously connected with information on the results of the action obtained through the feedback (most likely visual) connection. During training, neurons themselves will be rebuilt into structures that correctly create a control action. Therefore, the methodology for training and activating the process of formation of axon-nanostructured interface contacts should be based on the active use of feedback with the prosthetics.

Предлагаемый нейроэлектронный интерфейс позволяет сделать очередной шаг на пути решения целого ряда важнейших проблем, связанных с возможностью протезирования конечностей, реабилитации парализованных, возможностью управления технологическими средствами, транспортом, оружием, прямым выводом аудио-, зрительной, сенсорной и моторной информации из головного и спинного мозга, различных нервных узлов и т.п. Это позволит создать очень удобные и невидимые внешне технические средства связи между людьми, а также между людьми и компьютерами и даже между людьми и животными.The proposed neuroelectronic interface allows you to take the next step towards solving a number of important problems related to the possibility of prosthetic limbs, rehabilitation of the paralyzed, the ability to control technological means, transport, weapons, direct output of audio, visual, sensory and motor information from the brain and spinal cord, various nerve nodes, etc. This will create very convenient and invisible externally technical means of communication between people, as well as between people and computers, and even between people and animals.

Реально приближается осуществление давней мечты человечества - обретения возможности управления машинами с помощью мысли!Realization of the realization of a long-held dream of mankind - gaining the ability to control machines with the help of thought!

ЛитератураLiterature

1. Wise, К.D., Angell, J.В. and Starr, A. An integrated-circuit approach to extracellular microelectrodes. IEEE Trans Biomed Eng 17, 238-47 (1970).1. Wise, K. D., Angell, J. B. and Starr, A. An integrated-circuit approach to extracellular microelectrodes. IEEE Trans Biomed Eng 17, 238-47 (1970).

2. Obeid, I., Nicolelis, M.A. and Wolf, P.D. A multichannel telemetry system for single unit neural recordings. J Neurosci Methods 133, 33-8 (2004).2. Obeid, I., Nicolelis, M.A. and Wolf, P.D. A multichannel telemetry system for single unit neural recordings. J Neurosci Methods 133, 33-8 (2004).

3. Hijazi, N., Krisch, I. and Hosticka, B.J. Wireless power and data transmission system for a micro implantable intraocular vision aid. Biomed Tech (Beri) 47 Suppl 1 Pt 1, 174-5 (2002).3. Hijazi, N., Krisch, I. and Hosticka, B.J. Wireless power and data transmission system for a micro implantable intraocular vision aid. Biomed Tech (Beri) 47 Suppl 1 Pt 1, 174-5 (2002).

4. Wise, К.D., Anderson, D.J., Hetke, J.F., Kipke, D.R. and Najafi, K. Wireless implantable microsystems: High-density electronic interfaces to the nervous system. Proceedings of the IEEE 92, 76-97 (2004). Notes: Review.4. Wise, K. D., Anderson, D.J., Hetke, J.F., Kipke, D.R. and Najafi, K. Wireless implantable microsystems: High density electronic interfaces to the nervous system. Proceedings of the IEEE 92, 76-97 (2004). Notes: Review.

5. Obeid, I., Nicolelis, M.A. and Wolf, P.D. A low power multichannel analog front end for portable neural signal recordings. J Neurosci Methods 133, 27-32 (2004).5. Obeid, I., Nicolelis, M.A. and Wolf, P.D. A low power multichannel analog front end for portable neural signal recordings. J Neurosci Methods 133, 27-32 (2004).

6. Harrison, R.R. and Caameron, C. A Low-Power Low-Noise CMOS Amplifier for Neural Recording Applications. IEEE Journal of Solid-State Circuits 38, 958-965 (2003).6. Harrison, R.R. and Caameron, C. A Low-Power Low-Noise CMOS Amplifier for Neural Recording Applications. IEEE Journal of Solid-State Circuits 38, 958-965 (2003).

7. Obeid, I., Morizio, J.C., Moxon, K.A., Nicolelis, M.A. and Wolf, P.D. Two multichannel integrated circuits for neural recording and signal processing. IEEE Trans Biomed Eng 50, 255-8 (2003).7. Obeid, I., Morizio, J.C., Moxon, K.A., Nicolelis, M.A. and Wolf, P.D. Two multichannel integrated circuits for neural recording and signal processing. IEEE Trans Biomed Eng 50, 255-8 (2003).

8. Obeid, I. and Wolf, P.D. Evaluation of spike-detection algorithms for a brain-machine interface application. IEEE Trans Biomed Eng 51, 905-11 (2004).8. Obeid, I. and Wolf, P.D. Evaluation of spike-detection algorithms for a brain-machine interface application. IEEE Trans Biomed Eng 51, 905-11 (2004).

9. Harrison, Reid R. A Low-Power Integrated Circuit for Adaptive Detection of Action Potentials in Noisy Signals. In Proc. 2003 Intl. Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2003.9. Harrison, Reid R. A Low-Power Integrated Circuit for Adaptive Detection of Action Potentials in Noisy Signals. In Proc. 2003 Intl. Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2003.

10. Watkins, Paul Т., Santhanam, Gopal, Shenoy, Krishna V. and Harrison, Reid R. Validation of Adaptive Threshold Spike Detector for Neural Recording. Proceedings of te 26th Annual International conference of the IEEE EMBS.10. Watkins, Paul T., Santhanam, Gopal, Shenoy, Krishna V. and Harrison, Reid R. Validation of Adaptive Threshold Spike Detector for Neural Recording. Proceedings of te 26th Annual International conference of the IEEE EMBS.

11. Porada, I., Bondar, I., Spatz, W. В. and Kruger, J. Rabbit and monkey visual cortex: more than a year of recording with up to 64 micxoelectrodes. Journal of Neuroscience Methods 95, 13-28 (1931). Notes: Article.11. Porada, I., Bondar, I., Spatz, W. B. and Kruger, J. Rabbit and monkey visual cortex: more than a year of recording with up to 64 micxoelectrodes. Journal of Neuroscience Methods 95, 13-28 (1931). Notes: Article.

12. Williams, J. C., Rennaker, R. L. and Kipke, D. R. Long-term neural recording characteristics of wire microelectrode arrays implanted in cerebral cortex. Brain Res Brain Res Protoc 4, 303-13 (1999) [0105]. 12. Williams, J. C., Rennaker, R. L. and Kipke, D. R. Long-term neural recording characteristics of wire microelectrode arrays implanted in cerebral cortex. Brain Res Brain Res Protoc 4, 303-13 (1999) [0105].

13. Rennaker, R.L., Ruyle, A.M., Street, S.E., and Sloan, A.M. An economical multichannel cortical electrode array for extended periods of recording during behavior. J Neurosci Methods 142, 97-105 (2005).13. Rennaker, R.L., Ruyle, A.M., Street, S.E., and Sloan, A.M. An economical multichannel cortical electrode array for extended periods of recording during behavior. J Neurosci Methods 142, 97-105 (2005).

14. Loeb, G.E., Peck, R.A. and Martyniuk, J. Toward the ultimate metal microelectrode. J Neurosci Methods 63, 175-83 (1995).14. Loeb, G.E., Peck, R.A. and Martyniuk, J. Toward the ultimate metal microelectrode. J Neurosci Methods 63, 175-83 (1995).

15. deCharms, R.С., Blake, D.Т. and Merzenich, M.M. A multielectrode implant device for the cerebral cortex. J Neurosci Methods 93, 27-35 (1999).15. deCharms, R.C., Blake, D.T. and Merzenich, M.M. A multielectrode implant device for the cerebral cortex. J Neurosci Methods 93, 27-35 (1999).

16. Schmidt, E.M., Bak, M.J. and Mclntosh, J.S. Long-term chronic recording from cortical neurons. Exp Neurol 52, 496-506 (1976).16. Schmidt, E.M., Bak, M.J. and Mclntosh, J.S. Long-term chronic recording from cortical neurons. Exp Neurol 52, 496-506 (1976).

17. Taylor, D.M., Tillery, S.I. and Schwartz, A.B. Information conveyed through brain-control: cursor versus robot. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 11, 195-9 (2003).17. Taylor, D.M., Tillery, S.I. and Schwartz, A.B. Information conveyed through brain-control: cursor versus robot. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 11, 195-9 (2003).

18. Taylor, D.M., Tillery, S.I. and Schwartz, A.B. Direct cortical control of 3D neuroprosthetic devices. Science 296, 1829-32 (2002).18. Taylor, D.M., Tillery, S.I. and Schwartz, A.B. Direct cortical control of 3D neuroprosthetic devices. Science 296, 1829-32 (2002).

19. Georgopoulos, A.P., Schwartz, А.В. and Kettner, R.E. Neuronal population coding of movement direction. Science 233, 1416-9 (1986).19. Georgopoulos, A.P., Schwartz, A.V. and Kettner, R.E. Neuronal population coding of movement direction. Science 233, 1416-9 (1986).

20. Schwartz, А.В., Moran, D.W. and Reina, G.A. Differential representation of perception and action in the frontal cortex. Science 303, 380-3 (2004).20. Schwartz, A.V., Moran, D.W. and Reina, G.A. Differential representation of perception and action in the frontal cortex. Science 303, 380-3 (2004).

21. Kennedy, P.R., Kirby, M.Т., Moore, M.M., King, В. and Mallory, A. Computer control using human intracortical local field potentials. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 12, 339-44 (2004).21. Kennedy, P.R., Kirby, M.T., Moore, M.M., King, B. and Mallory, A. Computer control using human intracortical local field potentials. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 12, 339-44 (2004).

22. Kennedy, P.R., Bakay, R.A., Moore, M.M., Adams, K. and Goldwaithe, J. Direct control of a computer from the human central nervous system. IEEE Trans Rehabil Eng 8, 198-202 (2000).22. Kennedy, P.R., Bakay, R.A., Moore, M.M., Adams, K. and Goldwaithe, J. Direct control of a computer from the human central nervous system. IEEE Trans Rehabil Eng 8, 198-202 (2000).

23. Kennedy, P.R., Mirra, S.S. and Bakay, R.A. The cone electrode: ultrastructural studies following long-term recording in rat and monkey cortex. Neurosci Lett 142, 89-94 (1992).23. Kennedy, P.R., Mirra, S.S. and Bakay, R.A. The cone electrode: ultrastructural studies following long-term recording in rat and monkey cortex. Neurosci Lett 142, 89-94 (1992).

24. Kennedy, P.R. and Bakay, R.A. Restoration of neural output from a paralyzed patient by a direct brain connection. Neuroreport 9, 1707-11 (1998).24. Kennedy, P.R. and Bakay, R.A. Restoration of neural output from a paralyzed patient by a direct brain connection. Neuroreport 9, 1707-11 (1998).

25. Hoogerwerf, А.С. and Wise, К.D. A three-dimensional microelectrode array for chronic neural recording. IEEE Trans Biomed Eng 41, 1136-46 (1994)[0118]. 25. Hoogerwerf, A.S. and Wise, K. D. A three-dimensional microelectrode array for chronic neural recording. IEEE Trans Biomed Eng 41, 1136-46 (1994) [0118].

26. Bai, Q., Wise, К.D. and Anderson, D.J. A high-yield microassembly structure for three-dimensional microelectrode arrays. IEEE Trans Biomed Eng 47, 281-9 (2000).26. Bai, Q., Wise, K. D. and Anderson, D.J. A high-yield microassembly structure for three-dimensional microelectrode arrays. IEEE Trans Biomed Eng 47, 281-9 (2000).

27. Wise, К.D. and Najafi, K. Microfabrication techniques for integrated sensors and microsystems. Science 254, 1335-42 (1991).27. Wise, K. D. and Najafi, K. Microfabrication techniques for integrated sensors and microsystems. Science 254, 1335-42 (1991).

28. Hetke, J.F., Lund, J.L., Najafi, K. Wise, K.D. and Anderson, D.J. Silicon ribbon cables for chronically implantable microelectrode arrays. IEEE Trans Biomed Eng 41, 314-21 (1994).28. Hetke, J.F., Lund, J.L., Najafi, K. Wise, K.D. and Anderson, D.J. Silicon ribbon cables for chronically implantable microelectrode arrays. IEEE Trans Biomed Eng 41, 314-21 (1994).

29. BeMent, S.L., Wise, K.D., Anderson, D.J., Najafi, K. and Drake, K.L. Solid-state electrodes for multichannel multiplexed intracortical neuronal recording. IEEE Trans Biomed Eng 33, 230-41 (1986).29. BeMent, S.L., Wise, K.D., Anderson, D.J., Najafi, K. and Drake, K.L. Solid-state electrodes for multichannel multiplexed intracortical neuronal recording. IEEE Trans Biomed Eng 33, 230-41 (1986).

30. Vetter, R.J., Williams, J.C., Hetke, J.F., Nunamaker, E.A. and Kipke, D.R. Chronic neural recording using silicon-substrate microelectrode arrays implanted in cerebral cortex. IEEE Trans Biomed Eng 51, 896-904 (2004).30. Vetter, R.J., Williams, J.C., Hetke, J.F., Nunamaker, E.A. and Kipke, D.R. Chronic neural recording using silicon-substrate microelectrode arrays implanted in cerebral cortex. IEEE Trans Biomed Eng 51, 896-904 (2004).

31. Kipke, D.R., Vetter, R.J., Williams, J.C. and Hetke, J.F. Silicon-substrate intracortical microelectrode arrays for long-term recording of neuronal spike activity in cerebral cortex. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 11, 151-5 (2003).31. Kipke, D.R., Vetter, R.J., Williams, J.C. and Hetke, J.F. Silicon-substrate intracortical microelectrode arrays for long-term recording of neuronal spike activity in cerebral cortex. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng 11, 151-5 (2003).

32. Campbell, P.K., Jones, К.E. and Normann, R.A. A 100 electrode intracortical array: structural variability. Biomed Sci Instrum 26, 161-5 (1990).32. Campbell, P.K., Jones, K.E. and Normann, R.A. A 100 electrode intracortical array: structural variability. Biomed Sci Instrum 26, 161-5 (1990).

33. Jones, K.E., Campbell, P.K. and Normann, R.A. A glass/silicon composite intracortical electrode array. Ann Biomed Eng 20, 423-37 (1992).33. Jones, K.E., Campbell, P.K. and Normann, R.A. A glass / silicon composite intracortical electrode array. Ann Biomed Eng 20, 423-37 (1992).

34. Campbell, P.K., Jones, K.E., Huber, R.J., Horch, K.W. and Normann, R.A. A Silicon-Based, 3-Dimensional Neural Interface-Manufacturing Processes for an Intracortical Electrode Array. lEEE Transactions on Biomedical Engineering 38, 758-768 (1991). Notes: Article.34. Campbell, P.K., Jones, K.E., Huber, R.J., Horch, K.W. and Normann, R.A. A Silicon-Based, 3-Dimensional Neural Interface-Manufacturing Processes for an Intracortical Electrode Array. lEEE Transactions on Biomedical Engineering 38, 758-768 (1991). Notes: Article.

35. Normann, R.A., Maynard, E.M., Rousche, P.J. and Warren, D.J. A neural interface for a cortical vision prosthesis. Vision Res 39, 2577-87 (1999).35. Normann, R.A., Maynard, E.M., Rousche, P.J. and Warren, D.J. A neural interface for a cortical vision prosthesis. Vision Res 39, 2577-87 (1999).

36. Rousche, P.J. and Normann, R.A. Chronic recording capability of the Utah Intracortical Electrode Array in cat sensory cortex. J Neurosci Methods 82, 1-15 (1998).36. Rousche, P.J. and Normann, R.A. Chronic recording capability of the Utah Intracortical Electrode Array in cat sensory cortex. J Neurosci Methods 82, 1-15 (1998).

37. Rousche, P.J. and Normann, R.A. Chronic intracortical microstimulation (ICMS) of cat sensory cortex using the Utah Intracortical Electrode Array. IEEE Trans Rehabil Eng 7, 56-68 (1999). [0130]37. Rousche, P.J. and Normann, R.A. Chronic intracortical microstimulation (ICMS) of cat sensory cortex using the Utah Intracortical Electrode Array. IEEE Trans Rehabil Eng 7, 56-68 (1999). [0130]

38. Donoghue, J.P. Connecting cortex to machines: recent advances in brain interfaces. Nature Neuroscience 5, 1085-1088 (2002). Notes: Review Suppl. S.38. Donoghue, J.P. Connecting cortex to machines: recent advances in brain interfaces. Nature Neuroscience 5, 1085-1088 (2002). Notes: Review Suppl. S.

39. Ласков В.Н., Чебкасов С.А. Новая методика вживления микроэлектродов в мозг мелких животных для исследований в свободном поведении. Научно-исследовательский институт нейрокибернетики им. А.Б.Когана РГУ, 2005.39. Laskov V.N., Chebkasov S.A. A new technique for implanting microelectrodes into the brain of small animals for research in free behavior. Research Institute of Neurocybernetics named after A. B. Kogan Russian State University, 2005.

40. Статья в CNET: http://news.corn.com/Better+living--and+smarter+rats--through+chemistry/2010-7337_3-5445669.html40. CNET article: http://news.corn.com/Better+living--and+smarter+rats--through+chemistry/2010-7337_3-5445669.html

41. Max Planck Institute of Biochemistry in Martinsried, Department of Membrane and Neurophysics: http://www.biochem.mpg.de/mnphys/.41. Max Planck Institute of Biochemistry in Martinsried, Department of Membrane and Neurophysics: http://www.biochem.mpg.de/mnphys/.

42. Max Planck Institute of Biochemistry in Martinsried, Department of Membrane and Neurophysics: обзор "Neuroelectronic Interfacing" http://www.biochem.mpg.de/mnphys/publications.42. Max Planck Institute of Biochemistry in Martinsried, Department of Membrane and Neurophysics: Overview of Neuroelectronic Interfacing http://www.biochem.mpg.de/mnphys/publications.

43. Свидиненко Ю. Мозг On Line: кое-что о нейрочипах 2005.05.27 http://www.nanonewsnet.ru/.43. Svidinenko Yu. Brain On Line: something about neurochips 2005.05.27 http://www.nanonewsnet.ru/.

44. Курцвейль Р. Слияние человека с машиной. ДВИЖЕМСЯ ЛИ МЫ К "МАТРИЦЕ".44. Kurzweil R. The merger of man with the machine. DO WE GO TO THE "MATRIX".

45. Прими красную таблетку: Наука, философия и религия в "Матрице". /Под ред. Глена Йеффета. [Пер. с англ. Т.Давыдова]. -- М.: Ультра. Культура.45. Take the red pill: Science, Philosophy and Religion in The Matrix. / Ed. Glen Jeffett. [Trans. from English T. Davydova]. - M .: Ultra. The culture.

46. Пенроуз Р., Гамеров С. Слайд-лекция "Что такое мышление?" http://www2.usu.ru/seminar 608/Slideshow/intro.htm.46. Penrose R., Gamerov S. Slide-lecture "What is thinking?" http://www2.usu.ru/seminar 608 / Slideshow / intro.htm.

47. Нейрохимия / Под ред. И.П.Ашмарина, П.В.Стукалова. М.: НИИ биомедхимии РАМН, 1996. 469 с.47. Neurochemistry / Ed. I.P. Ashmarina, P.V. Stukalova. M.: Scientific Research Institute of Biomedchemistry, Russian Academy of Medical Sciences, 1996.469 s.

48. Раевский К.С., Георгиев В.П. Медиаторные аминокислоты: Нейрофармакологические и нейрохимические аспекты. М.: Медицина, 1986. 239 с.48. Raevsky K.S., Georgiev V.P. Mediator amino acids: Neuropharmacological and neurochemical aspects. M .: Medicine, 1986. 239 p.

49. Сергеев П.В., Шимановский Н.Л., Петров В.И. Рецепторы физиологически активных веществ. 2-е изд. М.; Волгоград, 1999. 639 с.49. Sergeev P.V., Shimanovsky N.L., Petrov V.I. Receptors of physiologically active substances. 2nd ed. M .; Volgograd, 1999.639 s.

50. Антонов В.М. Обучаемые системы управления, http://www.314159-ru/neuro/.50. Antonov V.M. Trained Management Systems, http://www.314159.ru/neuro/.

51. В. де Же. Физические свойства жидкокристаллических веществ.51. V. de Je. Physical properties of liquid crystal substances.

52. Де Жен П. Физика жидких кристаллов. - Пер. с англ. под ред. А.Ф.Сонина. - М.: Мир, 1977.52. De Gen P. Physics of liquid crystals. - Per. from English under the editorship of A.F. Sonina. - M .: Mir, 1977.

53. Капустин А.П., Капустина О.А. Акустика жидких кристаллов, 247 с., [1] л. портр. ил. 22 см, М. Наука, 1986.53. Kapustin A.P., Kapustina O.A. Acoustics of liquid crystals, 247 p., [1] l. Portr. silt 22 cm, M. Nauka, 1986.

54. Блинов Л.М."Электро- и магнитооптика жидких кристаллов", Наука, 1978; J.Wiley, 1983, Springer 1993.54. Blinov LM "Electro-and magnetooptics of liquid crystals", Nauka, 1978; J. Wiley, 1983, Springer 1993.

55. Блинов Л.М., Пикин С.А. Жидкокристаллическое состояние вещества. - М.: Знание, 1986. - 64 с. - (Новое в жизни, науке, технике. Сер. "Физика"; №6).55. Blinov L.M., Pikin S.A. The liquid crystal state of the substance. - M .: Knowledge, 1986. - 64 p. - (New in life, science, technology. Ser. "Physics"; No. 6).

56. Блинов Л.М., Береснев Л.А. Сегнетоэлектрические жидкие кристаллы. - Успехи физических наук, 1984, т.143, вып.3, стр.391.56. Blinov L.M., Beresnev L.A. Ferroelectric liquid crystals. - Advances in Physical Sciences, 1984, vol. 144, issue 3, p. 391.

57. Веденов А.А. Физика растворов. М.: Наука, 1984.57. Vedenov A.A. Physics of solutions. M .: Nauka, 1984.

58. Сонин А.Ф. Кентавры природы. - М.: Атомиздат, 1980.58. Sonin A.F. Centaurs of nature. - M.: Atomizdat, 1980.

59. Пикин С.А., Блинов Л.М. Жидкие кристаллы. - М.: Наука, 1982.59. Pikin S.A., Blinov L.M. Liquid crystals. - M.: Science, 1982.

60. Пиндак Р., Монктон Д. Двумерные системы. В кн.: Физика за рубежом. /Пер. с англ. М.: Мир, 1983, с.104.60. Pindak R., Moncton D. Two-dimensional systems. In the book: Physics Abroad. / Per. from English M .: Mir, 1983, p. 104.

61. Третьяков Ю.Д., Гудилин Е.А., Кауль А.Р., Шевельков А.В. Современные функциональные материалы. Формирование системы инновационного образования в МГУ им. М.В.Ломоносова. «Новые материалы и химические технологии». Лекция 15. Жидкие кристаллы, МГУ, 2005 г.61. Tretyakov Yu.D., Gudilin EA, Kaul A.R., Shevelkov A.V. Modern functional materials. Formation of an innovative education system at Moscow State University M.V. Lomonosov. "New materials and chemical technologies." Lecture 15. Liquid crystals, Moscow State University, 2005.

62. Платэ Н.А., Шибаев В.П. Гребнеобразные полимеры и жидкие кристаллы. М.: Химия, 1980.62. Plate N.A., Shibaev V.P. Comb polymers and liquid crystals. M .: Chemistry, 1980.

63. Жидкокристаллические полимеры. / Под ред. Н.А.Платэ. М.: Химия, 1988 г.63. Liquid crystal polymers. / Ed. N.A. Plate. M .: Chemistry, 1988.

64. Шибаев В.П. Жидкокристаллические полимеры. Соросовский образовательный журнал, №6, 1997 г.64. Shibaev V.P. Liquid crystal polymers. Soros Educational Journal, No. 6, 1997

Claims (4)

1. Нейроэлектронный многоканальный оптоволоконный интерфейс, содержащий пакет оптоволоконных световодов, помещенный во внешнюю оболочку с наконечником обтекаемой формы из растворимого вещества и со стороны вывода сигналов объединенный в плоскую оптическую матрицу оптоволоконного разъема, соединенную с многоканальной матрицей, причем, со стороны, обращенной к нейронной структуре, на конце каждого световода, например и/или на его торце и/или на его боковой поверхности, сформирована активная наноструктура, отличающийся тем, что многоканальная матрица одновременно содержит светоизлучающие ячейки, например, светодиоды или полупроводниковые лазеры, и светочувствительные ячейки, например, фотодиоды или фототранзисторы, либо расположенные в шахматном порядке, либо светоизлучающие и светочувствительные ячейки являются матрицей концентрических фигур, например, концентрических окружностей, треугольников, квадратов, многоугольников, в том числе и со скругленными углами при вершинах, причем, как светоизлучающие, так и светочувствительные ячейки могут быть как внешними, так и внутренними, относительно друг друга, при этом они размещены в комбинированной матрице так, чтобы на каждый торец оптоволоконного световода попадало частично или полностью минимум по одной светоизлучающей и светочувствительной ячейке.1. Neuroelectronic multi-channel optical fiber interface containing a packet of optical fibers, placed in an outer shell with a streamlined tip of soluble matter and from the signal output side combined into a flat optical matrix of a fiber optic connector connected to a multi-channel matrix, and, from the side facing the neural structure , at the end of each fiber, for example, and / or at its end and / or on its lateral surface, an active nanostructure is formed, characterized in that the multichannel The matrix at the same time contains light-emitting cells, for example, LEDs or semiconductor lasers, and photosensitive cells, for example, photodiodes or phototransistors, either staggered, or light-emitting and photosensitive cells, are a matrix of concentric figures, for example, concentric circles, triangles, squares, polygons , including with rounded corners at the vertices, moreover, both light-emitting and photosensitive cells can be both external and and internal, relative to each other, while they are placed in a combined matrix so that at least one light-emitting and photosensitive cell gets partially or completely on each end of the fiber optic fiber. 2. Нейроэлектронный многоканальный оптоволоконный интерфейс по п.1, отличающийся тем, что активная наноструктура содержит нанесенные полностью или частично и/или на торец световода и или на его боковую поверхность, тонкопленочный поляризатор, слой жидкокристаллического вещества, второй тонкопленочный поляризатор, плоскость поляризации которого повернута относительно плоскости поляризации первого поляризатора, и отражающий зеркальный или диффузный слой, например, из металла или из многослойного диэлектрика, в том числе, и эластичного.2. The neuroelectronic multi-channel optical fiber interface according to claim 1, characterized in that the active nanostructure comprises a thin-film polarizer, a layer of a liquid crystal substance, a second thin-film polarizer, the polarization plane of which is rotated, fully or partially and / or on the end of the fiber and on its side surface; relative to the plane of polarization of the first polarizer, and a reflecting mirror or diffuse layer, for example, of metal or a multilayer dielectric, including elastic. 3. Нейроэлектронный многоканальный оптоволоконный интерфейс по п.1, отличающийся тем, что активная наноструктура содержит жидкокристаллическое вещество чувствительное к механическим воздействиям, в частности к давлению и/или гидроакустическим импульсам давления.3. The neuroelectronic multichannel optical fiber interface according to claim 1, characterized in that the active nanostructure contains a liquid crystal substance sensitive to mechanical stresses, in particular to pressure and / or hydroacoustic pressure pulses. 4. Нейроэлектронный многоканальный оптоволоконный интерфейс по п.1, отличающийся тем, что активная наноструктура содержит жидкокристаллическое вещество, чувствительное к электрическому полю и/или к его изменению.4. The neuroelectronic multi-channel optical fiber interface according to claim 1, characterized in that the active nanostructure contains a liquid crystal substance that is sensitive to the electric field and / or to its change.
RU2007115034/09A 2007-04-20 2007-04-20 Neuro-electronic multi-channel fiber-optic interface RU2333526C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007115034/09A RU2333526C1 (en) 2007-04-20 2007-04-20 Neuro-electronic multi-channel fiber-optic interface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007115034/09A RU2333526C1 (en) 2007-04-20 2007-04-20 Neuro-electronic multi-channel fiber-optic interface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2333526C1 true RU2333526C1 (en) 2008-09-10

Family

ID=39867032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007115034/09A RU2333526C1 (en) 2007-04-20 2007-04-20 Neuro-electronic multi-channel fiber-optic interface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2333526C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488914C2 (en) * 2009-01-07 2013-07-27 Сну Р&Дб Фаундейшн Microelectrode array unit having liquid crystal polymer, and method of making said unit
RU2639790C1 (en) * 2016-12-26 2017-12-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) System for address control of brain neurons of living free-moving animals based on frozen fiber-optical probe with multi-channel fibers
RU2653815C1 (en) * 2017-03-03 2018-05-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Method of implanting optic fiber probe in animal brain to generate controlled feedback
US11484729B2 (en) 2019-04-15 2022-11-01 Cornell University Optical relay station-based implantable sensor modules

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488914C2 (en) * 2009-01-07 2013-07-27 Сну Р&Дб Фаундейшн Microelectrode array unit having liquid crystal polymer, and method of making said unit
RU2639790C1 (en) * 2016-12-26 2017-12-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) System for address control of brain neurons of living free-moving animals based on frozen fiber-optical probe with multi-channel fibers
RU2653815C1 (en) * 2017-03-03 2018-05-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Method of implanting optic fiber probe in animal brain to generate controlled feedback
US11484729B2 (en) 2019-04-15 2022-11-01 Cornell University Optical relay station-based implantable sensor modules

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jiang et al. Flexible ultrasound-induced retinal stimulating piezo-arrays for biomimetic visual prostheses
Son et al. In vivo optical modulation of neural signals using monolithically integrated two-dimensional neural probe arrays
Shokoueinejad et al. Progress in the field of micro-electrocorticography
US20200229704A1 (en) Optoelectronic device to write-in and read-out activity in brain circuits
Hudspeth et al. Sensitivity, polarity, and conductance change in the response of vertebrate hair cells to controlled mechanical stimuli.
US11097125B2 (en) Micro-electrode array and method for producing a micro-electrode array
Guenther et al. Bionic vision: system architectures–a review
Iseri et al. Implantable optoelectronic probes for in vivo optogenetics
Horváth et al. Infrared neural stimulation and inhibition using an implantable silicon photonic microdevice
RU2333526C1 (en) Neuro-electronic multi-channel fiber-optic interface
Park et al. An implantable neural sensing microsystem with fiber-optic data transmission and power delivery
Poppendieck et al. Development, manufacturing and application of double-sided flexible implantable microelectrodes
Wang et al. Dense packed drivable optrode array for precise optical stimulation and neural recording in multiple-brain regions
Ng et al. Implantable microimagers
Al Abed et al. Liquid crystal electro-optical transducers for electrophysiology sensing applications
Yamagiwa et al. Flexible optrode array: Parylene-film waveguide arrays with microelectrodes for optogenetics
Lo et al. Ultrasonic retinal neuromodulation and acoustic retinal prosthesis
Lee et al. Scalable three-dimensional recording electrodes for probing biological tissues
Gong et al. Non-invasive hybrid ultrasound stimulation of visual cortex in vivo
Kim et al. Fabrication of pillar shaped electrode arrays for artificial retinal implants
Jung et al. Neuron stimulation device integrated with silicon nanowire-based photodetection circuit on a flexible substrate
Kim et al. Plugging electronics into minds: Recent trends and advances in neural interface microsystems
Shen et al. Influence of the surface material and illumination upon the performance of a microelectrode/electrolyte interface in optogenetics
US10660525B2 (en) Optrode device
WO2019035876A1 (en) A method and system for reading and stimulating neurons through tissue using light

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120421

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130620

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140421