Transcranial focused ultrasound stimulation (tFUS) is a promising direct brain stimulation technology, but suffers from bulky equipment. Stereotaxic system or tethered system still have some challenges on observing various behaviors in mice. Conducted studies about wireless ultrasound neurostimulation system have not succeeded in application in mice. This paper demonstrates the first miniaturized ultrasonic neurostimulation system for wireless modulation in social behaviors in mice. For lower dimension and light-weight system, Class E amplifier topology was optimized with impedance matching circuit to achieve voltage gain of 17 dB and power consumption below 1 W. With a miniaturized PUT capable of targeting basolateral amygdala in mice, the system was successfully packaged to be applied to social behavior experiment measuring social dominance. Our results offer potential broad applications in complex animal experimental setup, contributing to expansion of observable behaviors.
경두개 초음파 자극 기술은 다른 뇌자극 기술에 비해 비침습적인 성질과 높은 공간해상도로 유망하지만, 크고 무거운 장비를 사용하여 제한된 시스템에서 한정된 범위의 행동밖에 관찰하지 못한다. 무선 초음파 자극에 대한 연구가 진행되었지만 소형 쥐에 대해서는 적용할 수 없었다. 본 학위 논문에서는 최초로 쥐의 사회적 행동 변화를 위한 초소형 무선 초음파 뇌자극 시스템을 제작하였다. 회로의 경량화와 소형화를 위해 17 dB 전압 이득을 가진 저전력 Class E 증폭기가 설계되었으며 소형화된 트랜스듀서와 연결되어 뇌 심부자극을 가능하게 하였다. 해당 회로 시스템은 패키징을 통해 사회지배지향성을 측정하는 실험에서 쥐가 자유롭게 움직이며 신뢰성 있는 실험 결과를 얻을 수 있었다. 해당 연구 결과를 통해 다양한 행동들을 관찰하며 더 복잡하고 정교한 실험들에 대해 사용될 수 있는 가능성을 보였다.
