초록 ▼

○ 본 과제의 연구개발 목표는 생물학적 뉴런 네트워크와 멤리스터 소자 또는 어레이간의 양방향 인터페이스를 구축하는 것임
○ in vitro 신경 전극 어레이 (MEA) 개발: 금-백금 동시 전착, 다공성 금 나노구조체, 이리듐 산화물/다공선 금 나노구조체 그리고 이리듐 산화물/ITO 나노선 하이브리드 형성 등 다양하고 고유한 신경전극 표면 개질 기술을 개발하였으며, 잡음 감소, 전하저장용량 그리고 전하주입한계 성능 확인 및 해마 절편 자극을 통하여 신경 학습 연구에 적합함을 검증함
○ in vivo 신경 전극 개발: 이식

○ 본 과제의 연구개발 목표는 생물학적 뉴런 네트워크와 멤리스터 소자 또는 어레이간의 양방향 인터페이스를 구축하는 것임
○ in vitro 신경 전극 어레이 (MEA) 개발: 금-백금 동시 전착, 다공성 금 나노구조체, 이리듐 산화물/다공선 금 나노구조체 그리고 이리듐 산화물/ITO 나노선 하이브리드 형성 등 다양하고 고유한 신경전극 표면 개질 기술을 개발하였으며, 잡음 감소, 전하저장용량 그리고 전하주입한계 성능 확인 및 해마 절편 자극을 통하여 신경 학습 연구에 적합함을 검증함
○ in vivo 신경 전극 개발: 이식형 신경전극이 가지고 있는 이식안정성 문제를 해결하기 위하여 화학적으로 안정한 불소계 고분자와 금으로만 구성된 신경전극 제작 공정을 개발하였으며, 이를 위해 플라즈마 처리를 이용한 불소계고분자-금 접착 그리고 불소계 고분자-불소계 고분자 접착력 향상 기술에 성공하였으며, 실제 개발된 ECoG 전극의 in vivo 동물 실험을 통하여 유효성을 검증함
○ 신경 신호 측정 시스템 및 전기자극기 개발: 상용 수준의 128 채널 MEA 시스템을 구축하였으며, 이를 위해 64채널 모듈형 아날로그 신호 증폭회로와 FPGA 기반의 128 채널 아날로그-디지털 변환기 보드를 개발하였으며, 신경 학습을 위한 전기자극 지연시간을 임의로 제어할 수 있는 자극 시스템을 개발함. 또한 dynamic cache memory를 이용한 실시간 온라인 스파이크 분류기법을 개발하였으며, 신경신호의 기록과 자극 관리를 위한 당양한 프로그램을 개발함
○ 실리콘 뉴런 어레이 제작 및 학습법 검증 : integrate-and-fire 타입의 32 × 32 실리콘 뉴런 어레이를 설계 및 제작하고 발화특성을 검증하였으며, 프리시냅틱 이벤트를 기반으로 하는 실리콘 뉴런 어레이 학습법을 도출함

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅳ. RESULTS
- Developed Au-Pt electro-co-deposited in vitro MEA
- Developed porous Au nanostructured in vitro MEA and confirmed impedance characteristics using primarily cultured neuronal network
- Developed IrOx/porous Au nanostuctured in vitro MEA and confirmed the enhancement in charge in

Ⅳ. RESULTS
- Developed Au-Pt electro-co-deposited in vitro MEA
- Developed porous Au nanostructured in vitro MEA and confirmed impedance characteristics using primarily cultured neuronal network
- Developed IrOx/porous Au nanostuctured in vitro MEA and confirmed the enhancement in charge injection limit
- Established the ITO nanowire formation conditions using RF plasma sputtering
- Established the RF plasma treatment conditions for FEP
- Achieved the enhancement in adhesion of FEP-Au using RF plasma treatment
- Enhanced the adhesion of FEP-FEP using RF plasma treatment followed by thermal pressing
- Fabricated the FEP-based 16 channel ECoG electrode and successful detection of ECoG signals
- Developed modular 64 channel analog front-end board
- Developed 128 channel A/D converter using FPGA
- Developed realtime online spike sorting technique using priority queue
- Fabricated 32 × 32 integrate-and-fire type silicon neuron array
- Developed the realtime learning-rule based on presynatic events

(출처 : SUMMARY 8p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 9
• 목차 ... 11
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 13
• 제 1 절 연구개발 목표 ... 13
• 제 2 절 기술적 이슈 ... 14
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 18
• 제 1 절 저항성 스위칭 소자 - 뉴런 인터페이스 연구 동향 ... 18
• 제 2 절 in vitro 신경전극 기술 개발 동향 ... 20
• 제 3 절 플렉시블 신경전극 개발 동향 ... 21
• 제 4 절 뉴로모픽 신경공학 기술 개발 동향 ... 24
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 27
• 제 1 절 다공성 금 나노구조체 in vitro 신경전극 개발 ... 27
• 1. 다공성 금 나노구조체 기반 in vitro 신경전극 제작 공정 개발 ... 27
• 제 2 절 이리듐 산화물/다공성 금 나노구조체 in vitro 신경전극 개발 ... 39
• 1. 이리듐 산화물-다공성 금 나노구조체를 이용한 공정 개발 ... 39
• 제 3 절 ITO 나노선 기반 in vitro 신경전극 개발 ... 48
• 1. ITO 나노선 성장 기술 개발 동향 ... 48
• 2. ITO RF sputtering을 이용한ITO 나노선 성장 기술 개발 ... 53
• 3. ITO 나노선 신경전극 제작 공정 개발 ... 59
• 4. ITO 나노선 신경전극 성능 평가 ... 61
• 제 4 절 플렉시블 신경전극 개발 ... 66
• 1. 플렉시블 신경전극용 기반 재료 검토 ... 66
• 2. 불소계 고분자 플라즈마 표면처리 기술 개발 ... 71
• 3. FEP 기반 플렉시블 신경전극 제작 공정 개발 ... 77
• 4. FEP 플렉시블 ECoG 신경전극 성능평가 ... 80
• 제 5 절 양방향 신경 인터페이스 시스템 개발 ... 83
• 1. 128 채널 양방향 신경 인터페이스 시스템 개발 ... 83
• 2. 실시간 자극기 컨트롤러 개발 ... 94
• 3. 스파이크 신호 분류 기법 개발 ... 101
• 4. 실시간 인터페이스 소프트웨어 개발 ... 111
• 제 6 절 실리콘 뉴런 어레이 개발 ... 117
• 1. 실리콘 뉴런 어레이 개발 ... 117
• 2. 실리콘 뉴런 어레이 설계 ... 118
• 3. 실리콘 뉴런 어레이의 구현 및 시뮬레이션 ... 122
• 4. 실리콘 뉴런 테스트 ... 124
• 제 7 절 이벤트 기반 실시간 뉴런 학습법 개발 ... 128
• 1. 실리콘 뉴런 학습 ... 128
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 142
• 제 1 절 연도별 연구 개발 목표 및 연구 평가의 착안점 ... 142
• 제 2 절 관련 분야에의 기여도 ... 151
• 제 3 절 주요 실적물 목록 ... 154
• 1. SCI 논문 실적 ... 154
• 2. 특허 실적 ... 163
• 제 4 절 주요 기술 홍보 목록 ... 167
• 1. 언론 홍보 실적 ... 167
• 제 5 장 연구개발 결과의 활용계획 과제의 개요 ... 169
• 제 1 절 in-cell 인터페이스 기술 개발 ... 169
• 제 2 절 고 신뢰성 신경 인터페이스 폐-회로 신경조절 시스템 개발 ... 170
• 제 6 장 연구시설 장비 현황 ... 171
• 끝페이지 ... 172