This work presents the multimodal multichannel neural recording ICs for monitoring neural activity. Developed neural recording ICs digitize weak neural signals while consuming low power. Also, the multimodal neural recording ICs that conduct the genetically encoded calcium indicator based Ca$^{2+}$ monitoring and electrical signal monitoring are developed for performing the cell-type-specific study in complex neural networks consisting of the heterogeneous cell population. For monitoring multimodal neural signals, the current and voltage signals need to be recorded, thus the reconfigurable recording ICs are developed for improving hardware availability in the multichannel recording system. Depending on the experiment goal and status of the recording environment, the proposed reconfigurable recording ICs control the number of current- and voltage- recording channels as desired, maximizing the flexibility of the experiment and the usefulness of the multichannel recording system. The neural recording ICs are fabricated using a 180-nm standard CMOS process and their functionalities are verified through the in vivo experiments.
본 연구는 뉴런에서 발생되는 신경신호 측정을 위한 다채널 다중모드 신경신호 기록 집적회로를 제시한다. 개발된 신경신호 기록 집적회로는 저전력을 소비하며 미세한 전기 신경신호의 디지털 변환을 수행한다. 또한 이질적인 세포 집단으로 구성된 복잡한 신경망에서 세포 유형별 연구를 수행하기 위해 다중모드 신경신호 기록 집적회로를 개발하였으며 전기 신경신호 측정 및 유전적으로 암호화된 칼슘 지시약 기반의 칼슘이온(Ca$^{2+}$) 측정을 수행한다. 다중모드 신경신호 측정을 수행하기 위해 기록 회로는 전류 및 전압 신호의 디지털 변환을 수행하여야 하며, 다채널 기록 시스템에서 하드웨어 가용성을 향상 시키기 위해 재구성 가능한 기록 집적회로를 개발하였다. 재구성 가능한 기록 집적회로는 실험 환경 및 사용자의 요구에 따라 전류 및 전압 기록 채널수 변경이 가능하며, 기록 시스템의 유용성 및 실험의 유연성을 최대화 한다. 제작된 기록 집적회로는 180-nm CMOS공정으로 제작되고, in vivo 실험을 수행하여 그 기능을 검증하였다.
