21、可植入神经记录与刺激电路：原理、电极及放大器配置

可植入神经记录与刺激电路：原理、电极及放大器配置

1. 引言

神经系统疾病或损伤会导致严重的医疗状况，例如脊髓损伤会造成中枢神经系统受损，使身体部分部位（主要是损伤部位以下）失去运动功能。目前，传统医学无法完全治愈此类损伤和恢复功能，治疗主要集中在康复训练上，帮助患者适应新状况并重建日常活动，但患者通常难以实现完全独立。此外，治疗方案有时会带来不适，甚至引发社交问题。

神经假体可借助功能性电刺激（FES）部分恢复功能和行动能力，FES通过向目标肌肉组织或神经传递电流脉冲来激活肌肉。1959年心脏起搏器问世，60年代初出现首个FES系统，如今这类系统已发展为完全可植入设备，利用射频链路供电和传输控制信号。当前，FES研究主要聚焦于闭环系统，该系统通过记录自然产生的神经信号（即神经电图，ENG）为植入式刺激器提供控制输入或反馈。

下面将介绍神经记录和刺激电路及方法的最新进展，包括神经动作电位的产生、常用电极类型（重点是袖带电极）、用于ENG记录的三极袖带集总阻抗模型以及抑制生物电势干扰的三极放大器配置，还会探讨生物放大器电路和刺激器输出级电路的设计技术。

2. 神经生理学与动作电位

2.1 神经元结构与静息电位

神经元是特殊的非球形细胞，由细胞体（胞体）、多个短树突和一个长轴突组成。细胞外液与神经元内部的电压差就是膜电位，当神经元处于待激发状态时，膜电位为“静息电位”，通常约为 -70 mV（内部为负），这由钠 - 钾泵通过浓度梯度和电势梯度维持。

2.2 突触与膜电位变化

与其他神经元相连的神经元，其膜电位会受连接突触信号输入的影响。突触主要分为抑制性和兴奋性两种。抑制性