JP2000139976A

JP2000139976A - 神経接続素子及びこれを用いた神経接続装置

Info

Publication number: JP2000139976A
Application number: JP10322095A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hayakawa; 健早川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2000-05-23

Abstract

(57)【要約】【課題】神経との接続を確実にするための神経接続素
子及びこれを用いて神経との間で信号伝送を仲介する入
出力インターフェースとしての神経接続装置を提供す
る。【解決手段】神経接続素子１を構成する入出力ポート
２において、基板１９上に導通層２０ｂを形成するとと
もに、その上層にイオン選別層２２と形成した構成を用
いる。該イオン選別層２２には多数の微細孔２２ｃを形
成し、導通層２０ｂとイオン選別層２２との間に位置す
る神経との癒着部に成長促進剤を設ける。例えば、癒着
部内で神経の成長促進剤と成長抑制剤とを、２つの層２
１Ａ、２１Ｂに分けてそれぞれ各別に設け、成長促進剤
をイオン選別層２２側に配置し、成長抑制剤を導通層２
０ｂ側に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、神経に接続して神
経信号を取り出したり、あるいは神経信号に等価な信号
を神経に供給するための技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】神経、例えば、筋収縮神経に電気信号を
供給したり、あるいは、切断された神経間を接続して失
われた信号伝送を回復させるためには、神経と物理的に
接続するためのインターフェースが必要となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、神経と
の間で信号伝達を仲介するための有効な素子や装置がな
いために、例えば、下記に示す問題がある。

【０００４】（１）切断された神経を接合するには神経
の切断面が互いに接するように神経を固定して再結合を
促す方法が用いられるが、結合により神経自体に無理な
張力を与えてしまった場合等において、関節等を動かし
たときに神経接合部に応力が集中して離断する虞があ
る。

【０００５】（２）神経の切断面同士の距離が離れてい
る場合には、別の神経を利用して両者の間を補完しない
かぎり、神経を接合することができない。

【０００６】（３）脳性麻痺等においては脳幹から出力
されるべき神経信号が出力されないために、神経は正常
に機能しているにも関らず筋肉等を動かすことができな
かった。

【０００７】そこで、半導体技術を駆使することにより
神経との間で電気信号の仲介をするためのインターフェ
ース用素子を導入し、当該素子を入出力ポートとして神
経に接続する方法が考えられるが、末端神経のうちの再
生部分を誘導して基板に結合させることがこれまで困難
であった。

【０００８】本発明は、神経との接続を確実にするため
の神経接続素子及びこれを用いて神経との間で信号伝送
を仲介する入出力インターフェースとしての神経接続装
置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る神経接続素
子は上記した課題を解決するために、神経との接続に用
いる入出力ポートが、基板上に形成された導通層及び該
導通層の上層に設けられたイオン選別層とを有するよう
に構成し、該イオン選別層には多数の微細孔を形成する
とともに、導通層とイオン選別層との間に位置する神経
との癒着部に神経の成長促進剤を設けたものである。

【００１０】また、本発明に係る神経接続装置にあって
は、これを構成する神経接続素子が、上記入出力ポート
及び該入出力ポートに接続されるアナログ入力バッファ
又はアナログ出力バッファと、該アナログ入力バッファ
又はアナログ出力バッファを制御するための制御信号が
供給される制御信号端子部と、アナログ入力バッファの
出力信号を取り出すための出力端子部又はアナログ出力
バッファに入力信号を供給するための入力端子部とを有
しており、制御信号端子部からアナログ入力バッファに
供給される制御信号によって入出力ポートからアナログ
入力バッファを介して出力端子部に信号を出力するか否
かが規定され、又は、制御信号端子部からアナログ出力
バッファに供給される制御信号によって、入力端子部か
らアナログ出力バッファを介して入出力ポートに信号を
出力するか否かが規定されるようにしたものである。

【００１１】従って、本発明によれば、神経の再生を容
易にするために当該神経と癒着する部分に成長促進剤を
設けることによって、入出力ポートへの接続後における
成長促進剤の作用によって再生神経を導通層側ヘと誘導
することで基板との結合を確実に行うことができ、該入
出力ポートに接続されたアナログ入力バッファ又はアナ
ログ出力バッファに対して制御信号端子部から供給され
る制御信号に応じて出力端子部から神経信号を取り出し
たり、又は入力端子部に供給した信号を入出力ポートか
ら神経に伝達することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る神経接続素子の入出
力ポートについての具体的な構成を説明する前に、神経
接続素子の基本構成を図１に従って説明する。

【００１３】尚、ここで、「神経接続素子」とは神経信
号を電気的信号として取り込んだり、あるいは逆に電気
的信号を神経信号（擬似信号）に変換して神経に送出す
るための回路素子である。また、入出力ポートについて
は、これを入力専用又は出力専用のポートとして使用し
ても良いし、入力及び出力の両用としても良い（つま
り、「入出力ポート」という用語には、狭義の入出力ポ
ートの他、入力専用ポート又は出力専用ポートが含まれ
る。）ことは勿論である。

【００１４】図示するように神経接続素子１は、入出力
ポート２、アナログ入力バッファ３、アナログ出力バッ
ファ４、制御信号端子部５、６、そして入力端子部７、
出力端子部８を備えている。

【００１５】入出力（Ｉ／Ｏ）ポート２は、神経に直接
的に接続されることによって、神経から信号を取り出し
たり、又は神経に電気信号を供給するために必要とされ
る。つまり、これは神経信号を一次情報として取り込ん
だり、あるいは電気信号を神経に直接伝達する役割を持
っている。尚、入出力ポート２は、基板上に形成された
導通層と、該導通層の上層に設けられたイオン選別層
（多数の微細孔が形成されている。）とを有しており、
両層の間に位置する神経との癒着部には神経の成長促進
剤が設けられている（例えば、成長促進剤と成長抑制剤
とが２層に分けて設けられ、かつ、成長促進剤がイオン
選別層側に配置され、成長抑制剤が導通層側に配置され
るが、その構造の詳細については後述する。）。

【００１６】アナログ入力バッファ３は、その入力端子
が入出力ポート２に接続され、また、その出力端子が出
力端子部８に接続されている。尚、アナログ入力バッフ
ァ３は入出力ポート２側に設けられたインピーダンス変
換部３ａと、その後段に位置するアンプ３ｂとから構成
され、制御信号端子部５からアンプ３ｂに送出される制
御信号によってゲートの開閉が制御される。そして、ア
ンプ３ｂの出力信号が、アナログ入力バッファ３の出力
信号を取り出すための出力端子部８に送出される。

【００１７】アナログ出力バッファ４は、その入力端子
が入力端子部７に接続され、また、その出力端子が入出
力ポート２に接続されている。尚、アナログ出力バッフ
ァ４は入出力ポート２側に設けられたインピーダンス変
換部４ａと、その前段に位置するアンプ４ｂとから構成
され、制御信号端子部６からアンプ４ｂに送出される制
御信号によってゲートの開閉が制御される。そして、ア
ナログ出力バッファ４に入力信号を供給するための入力
端子部７への供給信号がアンプ４ｂに入力される。

【００１８】尚、インピーダンス変換部３ａ、４ａは神
経と電気回路との間でインピーダンスの整合をとるため
の回路である。

【００１９】この神経接続素子１ではアナログ入力バッ
ファ３とアナログ出力バッファ４の両方を有している
が、場合によってはこれらのいずれか一方だけを設けて
も良い。また、各バッファ等の構造についてはＩＣ（集
積）化に適した構造であればその如何は問わない。

【００２０】制御信号端子部５、６は、アナログ入力バ
ッファ３やアナログ出力バッファ４を制御するための制
御信号を各別に供給するが、これらの制御信号端子部を
一個にして信号の切換手段を介してアナログ入力バッフ
ァ３又はアナログ出力バッファ４に選択的に制御信号を
送出する構成を用いることもできる。

【００２１】しかして、上記神経接続素子１において
は、制御信号端子部５からアナログ入力バッファ３に供
給される制御信号によって、入出力ポート２からアナロ
グ入力バッファ３を介して出力端子部８に信号を出力す
るか否かが規定される。また、制御信号端子部６からア
ナログ出力バッファ４に供給される制御信号によって、
入力端子部７からアナログ出力バッファ４を介して入出
力ポート２に信号を出力するか否かが規定される。

【００２２】例えば、入出力ポート２が運動神経に接続
されている場合に、入力端子部７を介して電気信号をア
ナログ出力バッファ４のアンプ４ｂに入力するととも
に、制御信号端子部６からアンプ４ｂに送出される制御
信号によってアンプ４ｂの出力がインピーダンス変換部
４ａに伝達されることが許可され、入出力ポート２を介
して運動神経に信号が伝達される。尚、その際には、ア
ナログ入力バッファ３が機能しないように制御信号端子
部５からアンプ３ｂに制御信号を送出することによりイ
ンピーダンス変換部３ａから出力端子部８への信号伝達
が禁止されるようにしておく必要がある。

【００２３】入出力ポート２と神経との接続について
は、神経の構造を考慮して入出力ポートの構造や材質等
を決定する必要がある。

【００２４】神経の構造を簡単に説明すると、神経細胞
の構成単位であるニューロン（ｎｅｕｒｏｎ）が細胞
体、樹状突起、軸索で構成されており、軸索の髄鞘の有
無によって神経線維が有髄線維と無髄線維とに区別され
る。

【００２５】そして、髄鞘は、例えば、中枢神経ではオ
リゴデンドログリア（ｏｌｉｇｏｄｅｎｄｒｏｇｌｉ
ａ）が軸索に幾重にも巻き付き、また末梢神経ではシュ
ワン細胞（Ｓｃｈｗａｎｎｃｅｌｌ）が軸索に幾重に
も巻き付いたものであり、電気抵抗が高く、軸索を周囲
から電気的に絶縁している。また、髄鞘のくびれた箇所
はランビエの絞輪（ｎｏｄｅｏｆＲａｎｖｉｅｒ）
と呼ばれ、電気抵抗が低いため、ここに電気が流れる。

【００２６】つまり、神経線維の興奮はランビエの絞輪
の部分で起こり、該興奮が絞輪から絞輪へと伝導し（こ
れを跳躍伝導と称する。）、また髄鞘の存在によってそ
の伝達速度が飛躍的に増大する。そして、伝導則には、
隔絶伝導（ある神経線維の興奮が隣接神経には伝導しな
い。）、両方向性伝導（神経線維の一点で興奮が起きた
ときに、該興奮が中枢側（細胞体側）と末梢側の両方向
に伝わる。）、不減衰伝導（活動電位の大きさが一定で
あり、減衰しない。）、等速伝導（神経線維の径が一定
であれば伝導速度が一定である。）が挙げられる。

【００２７】そこで、これらの事項を踏まえた上で、多
数の神経接続素子１、１、・・・を一つのウェハー上に
配列させる。例えば、図２に示す神経接続装置９におい
ては、これを構成するＩＣ基板１０上に多数の神経接続
素子が設けられており、これらの入出力ポート２、２、
・・・が平面的に配列されている。尚、図２は入出力ポ
ート２、２、・・・が設けられたＩＣ基板１０の面に神
経の切断部１１が接合された様子を概略的に示してお
り、ＩＣ基板１０の周縁及び神経束皮膜１２の外周縁が
ネット１３によって覆われることで装置と神経とが物理
的に結合されている。また、同図におい軸索１４の周囲
の部分１５が髄鞘を示しており、髄鞘のくびれた部分が
ランビエの絞輪（例えば、破線の円１６内に示す。）を
示している。

【００２８】図２において実線の円内に示す軸索との接
合部１７の要部を、接合面に直交する方向から見て拡大
したものが図３に示す概略図である。

【００２９】同図において６角形状をしたものがそれぞ
れ入出力ポートであり、微細なハニカム構造とされてい
る。そして、神経接合面に直交する方向から見た各神経
接続素子の入出力ポート２、２、・・・は、髄鞘との物
理的な癒着が容易な絶縁体で形成された仕切部１８、１
８、・・・によって仕切られている。

【００３０】図４（Ａ）は入出力ポート２の断面構造を
概略的に示したものであり、半導体基板（シリコン基板
等）１９上には絶縁層２０ａ（例えば、酸化シリコン
等）と導通層（あるいは導電層）２０ｂが形成されると
ともに、これらの上層には、例えば、金属酸化物等の絶
縁金属体を使ってハニカム構造を有する仕切部１８が形
成されている。尚、本例では絶縁層２０ａと導通層２０
ｂとが２層に亘って形成されており、導通層２０ｂにつ
いては、神経との間で信号伝達を充分に確保する目的
で、２層のうち上層に位置する方の面積が下層のものに
比べて大きくされている。

【００３１】そして、仕切部１８によって囲まれた部分
（神経との癒着部）には、仕切部１８内に成長促進剤を
含む層２１Ａ及び成長抑制剤を含む層２１Ｂが設けられ
ており、層２１Ｂが導通層２０ｂの上層として位置し、
さらにその上層に層２１Ａが位置している。

【００３２】成長促進剤は主に末端神経の成長促進を引
き出すための神経成長因子と、末端神経の軸索突起を誘
発するための細胞外マトリックス分子と、細胞間の結合
を誘発するための細胞接着分子とによって構成され、例
えば、以下に示す通りである。（ｉ）神経成長因子（ＮＧＦ）とＮＧＦ族（ファミリ
ー）とその各高親和性受容体・神経成長因子（ＮＧＦ）と高親和性受容体１４０ｋＤ
ａｔｒｋＡ・ＢＤＮＦ［Ｂｒａｉｎ−ＤｅｒｉｖｅｄＮｅｕｒｏ
ｔｒｏｐｈｉｃＦａｃｔｏｒ］と受容体ｔｒｋＢ・ＮＴ-3［ｎｅｕｒｏｔｒｏｐｈｉｎ−３］と受容体
ｔｒｋＣ・ＮＴ-4/5［ｎｅｕｒｏｔｒｏｐｈｉｎ−４／５］（ｉｉ）細胞外マトリックス分子・ラミニン［ｌａｍｉｎｉｎ］（９００ｋＤａ）とその
受容体インテグリン［ｉｎｔｅｇｒｉｎ］・神経突起伸展因子［ＮｅｕｒｉｔｅＯｕｔｇｒｏｗ
ｔｈＦａｃｔｏｒ：ＮＯＦ］（９００ｋＤａ）とその
受容体ギセリン（８２ｋＤａ）・フィプロネクチン、ピトロネクチン、テネイシン等（ｉｉｉ）細胞接着因子・免疫グロブリンスーパーファミリーのＮＣＡＭ、Ｌ
１、ＭＡＧ等・カドヘリン［ｃａｄｈｅｒｉｎ］ファミリーのＥ型
（上皮型）やＰ型（胎盤）、Ｎ型（神経）等尚、ｔｒｋＡ、ｔｒｋＢ、ｔｒｋＣは、これらの左側に
記した因子を誘導又は誘発するための因子である。

【００３３】また、成長抑制剤は、仕切部１８及び層２
１Ａの上層に位置するイオン選別層２２に形成された微
細孔２２ｃ、２２ｃ、・・・を通して層２１Ａで増殖す
る神経に対して必要以上の成長促進を助長しないように
設けられたものであり、例えば、神経成長因子（ＮＧ
Ｆ）の低親和性受容体７５ｋＤａが挙げられる。

【００３４】イオン選別層２２は、ナトリウムイオン
（Ｎａ⁺）やカリウムイオン（Ｋ⁺）等、特定のイオンを
選択的に透過させるものであり、これには選択透過膜等
のセパレータが用いられる。つまり、イオン選別層２２
を通して特定のイオンが最終的に導通層２０ｂに到達す
ることになるので、神経切断部が導通層（金属材料等）
に直接触れる構成を用いた場合のように金属アレルギー
反応等を伴うといった不都合を防ぐことができる。

【００３５】イオン選別層２２には、例えば、メッシュ
２２ａ（例えば、セラニーズ社製の「セルガード」（商
標）等。）及び該メッシュ２２ａの表層に設けられた蛋
白質接着剤２２ｂ（シュワン細胞やオリゴデンドログリ
ア等の電気抵抗が高い部分との結合を図り、他神経との
接続部の信号と重複しないようにするためのもの）によ
って構成されており、メッシュ２２ａ及び蛋白質接着剤
２２ｂの両方に上記微細孔２２ｃ、２２ｃ、・・・が多
数形成されている。

【００３６】上記の構成を有する入出力ポートをそれぞ
れ含む神経接続素子を多数配設してなる装置を使用する
際には、図２に概略的に示したように、例えば、中枢側
の末端神経をイオン選別層２２側に密着させるととも
に、これら全体を外皮であるネット１３（例えば、ＰＧ
Ａ（ｐｏｌｙｇｌｙｃｏｌｉｃａｃｉｄ：ポリグリコ
ール酸）チューブ）によって覆うことで、神経との接続
部の補強を確実に行うことができる。

【００３７】その後は、接続部における末端（末梢）神
経では神経成長因子によって再生神経が発生し、これが
細胞外マトリックス分子により成長促進剤の層２１Ａま
で誘導されるとともに、細胞接着因子により、メッシュ
２２ａを通り抜けた再生神経群について細胞間の結合が
誘発される。

【００３８】尚、図４（Ａ）に示す例では、仕切部１８
や層２１Ａの上にメッシュ２２ａを設けた構成を示した
が、これに限らず、例えば、図４（Ｂ）に示すように、
メッシュの部分を、仕切部１８と同じ材料で形成される
絶縁体１８Ａに置換した構成を採用しても良い。

【００３９】要するに、イオン選別層２２の構成につい
ては、下記に示す方法が挙げられる。

【００４０】（ａ）メッシュ若しくは絶縁体だけで構成
する方法（ｂ）メッシュ又は絶縁体とその表層に設けられる蛋白
質接着剤で構成する方法。

【００４１】方法（ａ）は蛋白質接着剤２２ｂが不要と
なる分、構成が簡単になるが、いずれにしても、メッシ
ュ（セルロース繊維等）又は絶縁体に形成される微細孔
２２ｃを経て層２１Ａ内で増殖した神経を導通層２０ｂ
へと的確に誘導するのに効果的である（例えば、神経欠
損治療において、ＰＧＡ製神経伝導路等を使って神経断
端間の間隙を神経補修する場合に再生神経の誘導が適切
でないと患者が疼痛や感覚脱失等を訴える場合があ
る。）。

【００４２】尚、仕切部１８については、これをハニカ
ム構造体として形成することによって神経との接続部分
の強度を高めることが好ましい。微細なハニカム構造を
得るには、例えば、電子ビーム露光技術や陽極酸化技術
等を用いれば良い。

【００４３】また、仕切部１８又は絶縁体１８Ａ、ある
いはこの両方をセルロース系材料（セルロースアセテー
ト（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅａｃｅｔａｔｅ、ＣＡ）
等）、合成高分子膜（合成繊維）、又はメタクリル樹脂
（ＰＭＭＡ：ポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅ
ｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）等）により形成す
ると、成長促進剤の作用により増殖した神経に対して栄
養供給が可能となる。これらの材料は人工腎臓（人工透
析）に使用される器材（ダイアライザーの膜材料等）に
使用されており、細胞に必要な栄養分や酸素の透過が可
能であるという性質を有している。

【００４４】図５及び図６は、上記材料によってハニカ
ム構造体を作成する工程を概略的に示したものであり、
金属の凹型をもとにして凸型を作成した後、図５（Ａ）
に示すように、この凸型ＴＣを、その（型成形面の）突
部が基板ＢＳの表面を向くように設置する。

【００４５】尚、凸型ＴＣの作成方法については、図６
に示すように、ハニカム構造をした凹型ＯＣを基台Ｓ
（凸型形成用の凹部を有する。）上に置き、該基台Ｓに
対しては真空ポンプＶＰを付設して凹型ＯＣの下方から
空気吸引を行えるように構成する。

【００４６】凹型ＯＣの材質に比して融点の低い金属材
料ＭＡを溶融したものを凹型ＯＣ内に流し込んだ後、冷
えた材料ＭＡのうちの不要部分を除去する。つまり、図
６の大円内に拡大して示す部分において、凹型ＯＣの上
面より上方の部分の材料を取り除いてから表面を研磨す
る。

【００４７】その後、真空ポンプＶＰによる吸引力によ
って凹型ＯＣから材料ＭＡを下方に押し出した後で整形
を行えば、これが凸型ＴＣとなる。尚、空気吸引の代わ
りに凹型ＯＣを電気分解により除去する方法等を用いる
ことができる。

【００４８】図５（Ｂ）は凸型ＴＣと基板ＢＳとの間
に、ＰＭＭＡ等の原材料ＭＢを流し込む工程を示してお
り、その後、図５（Ｃ）に示すように、凸型ＴＣを型上
げすることによって、基板ＢＳ上にはハニカム構造体Ｈ
Ｓが固着・形成される。

【００４９】このようなハニカム構造体から成る仕切部
１８の空隙内に成長促進剤や成長抑制剤を留めておくた
めには、粘性を有する材料、例えば、ゲル状の材料を用
いることが好ましい。つまり、仕切部１８によって囲ま
れた部分に、神経の成長促進剤と成長抑制剤を含むゲル
状の材料（コラーゲンゲル等）を定着材として設けるこ
とで、成長促進剤や成長抑制剤の散逸を防止することが
できる。但し、当該定着材の材料については、神経成長
によって細胞が容易に入り込むだけの柔らかさと生体に
無害であることが必要である。そのため、細胞培養に使
用されるゼラチンや寒天、ヒアルロン酸ナトリウム等を
定着材として用いることが望ましい。

【００５０】尚、定着材に関しては、生体内の温度下で
融解しても良いが、最低１ヶ月程度はハニカム構造体内
に成長促進剤や成長抑制剤を留めておけるように濃度等
を調整する必要がある。

【００５１】上記した層２１Ａに混入される成長促進剤
については、先に例示した物質の代替として血清を用い
ることができ、これによってコスト低減や量産性の向上
を図ることが可能である。

【００５２】また、成長促進剤の濃度については、層２
１Ａ内において常に均一な分布をとる必要はなく、基板
面に対して直交する方向に沿って段階的又は連続的な濃
度変化がみられるように設定することができる。つま
り、層２１Ａにおける成長促進剤の混入率を層厚方向に
沿って変化させて、成長促進剤の濃度を、イオン選別層
２２側に近い程高く、導通層２０ｂ側に近い程低くなる
ように規定することで、再生神経の増殖の度合が導通層
に近づくにつれて抑制されるように制御することができ
る。

【００５３】成長促進剤の濃度分布についても同様に、
層２１Ｂ内において常に均一な分布とする必要はなく、
基板面に対して直交する方向に沿って段階的又は連続的
な濃度変化がみられるように設定する、つまり、層２１
Ｂにおける成長抑制剤の混入率を層厚方向に沿って変化
させて、その濃度をイオン選別層２２側に近い程低く、
導通層２０ｂ側に近い程高くなるように規定すること
で、再生神経の増殖の度合が導通層に近づくにつれて抑
制されるように制御することができる。

【００５４】図３は軸索との結合部における入出力ポー
トのうちハニカム構造をした仕切部と神経との接続の様
子について概略的に示したものであり、同図に示す２つ
の同心円２３、２４のうち小さい方の円２３の内部が軸
索に対応する領域を表しており、該円２３と大円２４と
の間の領域がランビエの絞輪に対応する部分を表してい
る。

【００５５】尚、各入出力ポートの外径はランビエの絞
輪の厚みより小さくされている。また、入出力ポートの
形状については上記ＩＣ基板１０の面上を隙間なく埋め
つくすことができれば如何なる形状であっても良いが、
接続面積や強度等の観点からは上記したように六角形状
が好ましい。

【００５６】図７乃至図９は入出力ポートと軸索との接
続関係についての設定を変化させた例を示したものであ
る。尚、これらの図において、各ポート内に記した「ｉ
ｎＸ」は識別番号Ｘの入出力ポートが入力ポートである
こと、また、「ｏｕｔＸ」は識別番号Ｘの入出力ポート
が出力ポートであることをそれぞれ示しており、「Ｈ
Ｚ」は入出力ポートと軸索とが高インピーダンスで結合
していることを示している。

【００５７】図７では円２３の中心に位置するポート２
５が出力ポート（ｏｕｔ）として機能し、また、該ポー
トの周囲に位置する６個の入出力ポート２６、２６、・
・・が入力ポートとして機能するように、各制御信号端
子部に信号が送出される。従って、この場合には軸索の
中心部に電気信号を供給したり、その周囲の神経信号を
取得することができる。

【００５８】また、図８に示す例では、円２３の中心に
位置する「ＨＺ」のポート２７の周囲に６個の出力ポー
ト２８、２８、・・・が配置され、さらにその周囲に１
２個の入力ポート２９、２９、・・・が配置されてい
る。従って、この場合には円２３のすぐ内側の軸索に電
気信号を供給したり、円２３のすぐ外側の部分から神経
信号を取得することができる。

【００５９】図９に示す例では、円２３内に位置する７
個のポート３０、３０、・・・（ＨＺ）の周囲に１２個
の出力ポート３１、３１、・・・が配置され、さらにそ
の周囲に１８個の入力ポート３２、３２、・・・が配置
されている。従って、この場合には円２３の外側近辺の
軸索に電気信号を供給したり、その周囲の部分から神経
信号を取得することができる。

【００６０】このように、多数の神経接続素子を基板上
に配列するとともに、各神経接続素子の入出力ポート
が、制御信号端子部に供給する信号に応じて入力ポート
又は出力ポートとして選択的に指定されるように構成す
ると、ポートの配置を自由に組み換えることができるの
で径等の異なる各種の神経への接合に対応することがで
きる。

【００６１】上記神経接続装置９を使用する場合には、
中枢神経部のウォーラー（Ｗａｌｌｅｒ）変性が発生し
た後における信号線名（神経名）が把握された神経（髄
鞘で囲まれた神経線維の軸索断面における神経）と入出
力ポートとを接触させて、入出力ポートの仕切部と髄鞘
との間には絶縁結合を誘発させ、イオン選別層の表面と
髄鞘との間には物理的結合を誘発させる。

【００６２】また、入出力ポートと神経切断面との接合
時において、医療用接着剤を使用する場合には、該接着
剤によってイオン選別層２２の微細孔２２ｃが閉塞され
ないように注意する必要がある（例えば、図４において
イオン選別層２２の表層に医療用接着剤を塗布した後、
メッシュ２２ａを引き延ばして微細孔２２ｃの開口を確
保する等。）。

【００６３】ところで、上記神経接続装置９に接続され
る神経の形態は多種多様であるので、当該神経に対して
ポートの配置（入力ポートや出力ポート等の選択）を適
切に規定する必要がある。

【００６４】そこで、例えば、図１０の神経接続装置９
Ａに示すように、上記神経接続素子１に接続される制御
手段（制御部）３４としては、各神経接続素子１の入力
端子部７、出力端子部８、制御信号端子部５、６にそれ
ぞれ接続される接続端子部（３５、３６、３７、３８）
を設けるとともに、神経接続素子１と神経との間の電気
的絶縁状態又はインピーダンスを検出するための検出手
段（絶縁／インピーダンス認識部）３９と、神経接続素
子１の出力端子部８に接続された接続端子部３５を介し
て取得した信号を認識する神経パルス認識手段（神経パ
ルス認識部）４１と、神経パルスの擬似信号を発生させ
てこれを神経接続素子１の入力端子部７に送出する信号
発生手段（神経パルス発生部）４５とを設ける。

【００６５】そして、神経接続素子１の制御信号端子部
５、６に制御信号を送出して当該神経接続素子１の入出
力ポート２の機能を入力ポート又は出力ポートとして設
定する入出力規定手段（接続パターン設定／記憶部４
８）、該入出力規定手段によるポートの設定状態を記憶
する設定状態記憶手段（接続パターン設定／記憶部４
８）を設ける。

【００６６】制御部３４は、上記神経接続素子１の入力
端子部７や出力端子部８、制御信号端子部５、６にそれ
ぞれ接続するための接続端子部（３５乃至３８）を有し
ており、互いに対応関係にある端子部同士がＦＰＧＡ
（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅ
Ａｒｒａｙの略）配線によって接続されている。尚、図
１０では説明の簡単化を図るために神経接続素子の１つ
だけを取り出して制御部３４との接続関係を代表して示
している（実際には後述する部分３４ａをＩＣ回路内に
多数形成しておき、使用する部分３４ａの数や位置を接
続対象となる神経数に応じて設定して、あるものは、例
えば、「Ａ神経」に接続された複数の神経接続素子にＦ
ＰＧＡ配線で接続され、他のものは「Ｂ神経」に接続さ
れた複数の神経接続素子にＦＰＧＡ配線で接続されると
いった具合にする。）。

【００６７】上記したように神経接続素子１は神経から
信号を取得する経路と、神経に信号を送出する経路とを
有しているので、先ず、前者について説明する。

【００６８】図示するように、神経接続素子１の出力端
子部８は、接続端子部３５に接続されており、該接続端
子部３５が絶縁／インピーダンス認識部３９を介してＡ
（アナログ）−Ｄ（ディジタル）変換部４０に接続され
ている。尚、絶縁／インピーダンス認識部３９は、神経
と神経接続素子との間が絶縁状態であるか否か及び両者
間のインピーダンスを把握するために設けられている。

【００６９】Ａ−Ｄ変換部４０の出力信号は、神経パル
ス認識部４１に送出されて神経パルスの形状、伝導速
度、種別等が判別される。そして、神経パルス認識部４
１の出力信号は外部出力インターフェース部４２を介し
て外部装置４３に送出される。尚、外部装置４３には、
例えば、義肢の駆動装置や、神経情報をデータベース化
して管理する装置等が挙げられる。

【００７０】神経に信号を送出する経路については、外
部装置４３の発する信号が外部出力インターフェース部
４４を介して神経パルス発生部４５に送出される。該神
経パルス発生部４５は神経信号の擬似信号を生成してこ
れをＤ（ディジタル）−Ａ（アナログ）変換部４６を経
た後ドライブバッファ４７に送出する。そして、該ドラ
イブバッファ４７の出力信号が接続端子部３６から神経
接続素子１の入力端子部７に送出される。

【００７１】神経接続素子１の制御信号端子部５、６に
それぞれ接続された接続端子部３７、３８には接続パタ
ーン設定／記憶部４８からの制御信号が送出される。該
接続パターン設定／記憶部４８は、上記入出力規定手段
と設定状態記憶手段の各機能を兼ね備えており、各神経
接続素子１の制御信号端子部５、６に制御信号を送出す
ることによって入出力ポートの機能を決定するととも
に、決定後における各ポートの配置状態を記憶するため
に必要とされる。

【００７２】尚、図１０に破線の四角形枠で囲んで示す
部分３４ａを１つのセル内に収めるとともにこれを複数
設けて各神経接続素子にそれぞれ接続し、接続パターン
設定／記憶部４８についてはこれを１個にして各神経接
続素子の設定状態を集中的に管理することが好ましい。
また、上記神経接続装置９Ａはコンピュータ等の計算手
段を用いて構成することができ、例えば、接続パターン
設定／記憶部４８の処理内容は制御プログラム４９によ
り記述することができる。

【００７３】上記神経接続装置９Ａを、例えば、中枢側
の運動神経に対して使用する場合には、接続パターン設
定／記憶部４８によって各神経接続素子１の入出力ポー
ト２が入力ポートとして機能するように設定した後、運
動神経から発生した電気信号をＡ−Ｄ変換部４０でディ
ジタル化した後データを外部装置４３に伝達する。

【００７４】また、この装置９Ａを末端側の運動神経に
対して使用する場合には、接続パターン設定／記憶部４
８によって各神経接続素子１の入出力ポート２が出力ポ
ートとして機能するように設定した後、神経パルス発生
部４５からの電気信号をＤ−Ａ変換部４６でアナログ信
号に変換して運動神経に伝達する。

【００７５】そして、この装置９Ａを感覚神経に対して
使用する場合には、中枢側の神経接続素子の入出力ポー
トを出力ポートとして機能させ、末端側の神経接続素子
の入出力ポートを入力ポートとして機能させるようにポ
ートの設定を行えば良い。

【００７６】上記神経接続装置９Ａに接続される実際の
神経切断面における神経は、多数の神経が集積された神
経群として存在するため、単独の神経を取り出して装置
に接合することは困難である。

【００７７】従って、神経切断面において不規則に配列
された神経群の種別を詳細に把握する必要があるので、
以下に神経種別の認識及び入出力ポートの設定処理例を
図１１乃至図１４のフローチャート図に従って説明す
る。

【００７８】先ず、図１１のステップＳ１では数ある神
経接続素子の中からある素子の入出力ポートを選択した
後、次ステップＳ２では前ステップで選んだ神経接続素
子の入出力ポートが出力ポートとして機能するように仮
設定を行う。例えば、図７に示すように入出力ポート２
５を出力ポートに設定する。

【００７９】そして、次ステップＳ３では、前ステップ
Ｓ２で選択した入出力ポートの周囲に位置する入出力ポ
ートが入力ポートとして機能するように仮設定を行う。
例えば、図７に示す例では入出力ポート２５の周囲の入
出力ポート２６、２６、・・・を入力ポートに設定す
る。

【００８０】ステップＳ４では出力ポートに加える微弱
なテスト電流の種類を直流電流と交流電流の２種類に区
別し、テスト電流を直流電流とする場合にはステップＳ
５に進んで出力ポートに対して直流電流の供給を試みた
後ステップＳ７に進む。また、テスト電流を交流電流と
する場合にはステップＳ６に進んで出力ポートに対して
交流電流の供給を試みた後ステップＳ７に進む。

【００８１】ステップＳ７では、ステップＳ３で設定し
た全ての入力ポートについて高インピーダンスかつ高イ
ンダクタンスであるという認識結果が上記絶縁／インピ
ーダンス認識部３９によって得られるか否かを判断す
る。そして、当該認識結果が得られた場合には図１２の
ステップＳ１０に進み、そうでなければステップＳ８に
進む。

【００８２】ステップＳ８では前ステップＳ７で導通状
態又は低インダクタンスと判断された部分に対して高イ
ンピーダンスかつ高インダクタンスとなるまでテスト領
域を拡大する（例えば、図８や図９に示すポート（Ｈ
Ｚ）２７、３０を参照。）。

【００８３】そして、図１２に示す次ステップＳ９で全
ての入力ポートについて高インピーダンスかつ高インダ
クタンスであるという認識結果が得られるか否かを判断
する。そして、当該認識結果が得られればステップＳ１
０に進み、そうでなければ図１１のステップＳ８に戻
る。

【００８４】ステップＳ１０では、髄鞘との接続領域に
関する地図（以下、「髄鞘接続領域地図」という。）を
仮作成する。つまり、入出力ポートと髄鞘との接続関係
を識別するための情報を地図データとして得る。

【００８５】次ステップＳ１１ではこれまで行ってきた
テストを終了して入出力ポートの設定状態を記憶した
後、次ステップＳ１２では神経接続装置の全ての入出力
ポートについて上記のテストが終了したか否かを問い、
終了した場合にはステップＳ１３に進んで作成済の髄鞘
接続領域地図を確定させる。また、テストが未終了の場
合にはステップＳ１４に進んで未だテストを終えていな
いポートを選択した後、図１１のステップＳ２に戻る。
尚、ステップＳ１４におけるポートの選択や、ステップ
Ｓ２、Ｓ３でのポートの設定はステップＳ１１での記憶
情報を参照して行われる。

【００８６】ステップＳ１５では神経の切断面での神経
信号の認識を開始し、図１３に示す次ステップＳ１６で
は入力ポートから得られる神経信号に基づいて入出力ポ
ートのうち下記の２通りの領域に対応するものを抽出す
る。

【００８７】（Ａ）導通領域及び低インダクタンス領域（Ｂ）非導通領域で囲まれた領域及び高インダクタンス
領域で囲まれた領域。

【００８８】そして、次ステップＳ１７では前ステップ
Ｓ１６の領域の形状がほぼ円形状をしているか否かを判
断し、そうであればステップＳ２１に進み、そうでなけ
ればステップＳ１８に進む。

【００８９】ステップＳ１８ではステップＳ１６の領域
の形状がほぼ瓢箪形をしているか否かを判断し、そうで
あればステップＳ１９に進み、そうでなければステップ
Ｓ２０に進む。

【００９０】ステップＳ１９では瓢箪形をした領域を複
数の円形領域に再分割した後、ステップＳ２１に進む。
また、ステップＳ２０では対象領域を髄鞘領域から除外
した後ステップＳ２１に進む。

【００９１】尚、ステップＳ１８やＳ１９については、
入出力ポートの大きさが充分に小さい場合には不要であ
り、このときにはステップＳ１７で領域の形状がほぼ円
形状をしていないと判断されたときにステップＳ２０に
進むことになる。

【００９２】ステップＳ２１では対象領域を髄鞘領域と
判断してこれに識別番号を割り当てた後、図１４に示す
次ステップＳ２２では当該髄鞘領域に対して使用される
入出力ポートの番号（各ポートに予め付されている識別
番号）を把握し、これらの番号の組みと髄鞘領域に付し
た識別番号とを関連付け、これを記憶する。尚、その際
の入出力ポートについては、髄鞘領域の中央部に位置す
る一定数のポートに限られる。

【００９３】次ステップＳ２３では、上記ステップＳ２
１の髄鞘領域に対して使用されている入出力ポートの数
をカウントした後、ステップＳ２４に進んで当該髄鞘領
域の面積を推定する。

【００９４】そして、ステップＳ２５において髄鞘領域
をその面積順に並び替える。例えば、面積の大きい順に
髄鞘領域の識別番号をインデックスとしてソーティング
処理を行う。

【００９５】次ステップＳ２６では髄鞘領域の識別番号
に対して神経種別の情報をリンク（関連付け）する。そ
の際には、神経情報に関する既存のデータベースを用い
るとともに、神経切断面における髄鞘の種類や本数等を
認識し、下表［表１］や［表２］（医学書から抜粋した
もの）等を参照しながら神経種別の情報を選定する。

【００９６】

【表１】

【００９７】

【表２】

【００９８】尚、表１は神経種別とのその関連情報を示
したものであり、また、表２は神経種別と受容器との対
応関係を示したものである。

【００９９】髄鞘領域の面積によってはこれに割り当て
る神経種別情報が重複する場合が生じるが、入出力ポー
トを出力ポートとして指定する種別情報を優先させるこ
とが好ましい。但し、他の種別情報を切り捨てるのでは
なく、次の候補として残しておき、後発的な事態に対し
て優先順位を変更することができるように配慮すること
が望ましい。

【０１００】ステップＳ２７では各神経接続素子につい
ての入出力ポートを仮に設定した後、ステップＳ２８で
制御プログラム４９を仮作成する。

【０１０１】以上の手順に従って、例えば、図７乃至図
９に示すように軸索との結合部における入出力ポートの
接続パターンを変化させていくことで当面のポート配置
を決めることができる。つまり、図７乃至図９が神経接
続素子の入出力ポートと髄鞘との接続位置を検出するた
めの検出パターンを示す図であると考えれば良い。

【０１０２】次に、上記した神経接続装置を使った神経
接続の仕方について説明する。

【０１０３】図１５乃至図１７は神経対神経の接続や神
経と義肢や人工触覚器との接続についての概念的な説明
図である。

【０１０４】図１５は神経切断の場合における中枢神経
と末端神経との接続例を示しており、中枢神経側に位置
する神経の切断部が一方の神経接続装置５０に接続さ
れ、また、末端神経側に位置する神経の切断部が他方の
神経接続装置５１に接続されている。

【０１０５】図１６は体内に埋め込まれて用いられる義
肢（破線の四角形枠は皮膚を表している。）の接続例を
示すものであり、神経接続装置５２が中枢神経側に位置
する神経に接続されるとともに、神経接続装置５３を介
して信号変換器５４に接続され、かつ他の末端神経に接
続されている。

【０１０６】信号変換器５４は、義肢の駆動装置及び人
工触覚器（圧力や熱等をセンサによって感知する装置）
５５に接続されており、神経接続装置５３からの信号を
受けてこれに対応する制御信号を駆動装置に送出して義
肢を動かしたり、あるいは、人工触覚器で得た感覚信号
を神経信号に変換して神経接続装置５３に送出するもの
である。

【０１０７】図１７は体外で用いられる義肢の接続例を
示すものであり、神経接続装置５６が中枢神経側に位置
する神経に接続されるとともに、神経接続装置５７を介
して信号変換器５８に接続され、かつ他の末端神経に接
続されている。そして、信号変換器５８は、義肢の駆動
装置及び人工触覚器（圧力や熱等をセンサによって感知
する装置）５９に接続されている。

【０１０８】尚、この例では、神経接続装置５６、５７
が破線の四角形枠で示す皮膚内に設けられ、信号変換器
５８や、義肢の駆動装置及び人工触覚器５９が体外に付
設される。

【０１０９】上記した神経接続例において、神経接続装
置間の信号伝達あるいは神経接続装置と信号変換器との
間の信号伝送が、対象者の疾患前の状態と全く等価な状
態で行われるのであれば何の問題はないが、義肢等を接
続した当初から本人の意思通りに動くことは殆どあり得
ないため、失われた機能を回復するためには神経接続に
関する調整が必要となる。

【０１１０】つまり、図１４のステップＳ２７、Ｓ２８
で得られた入出力ポートの仮設定や制御プログラムにつ
いては推定の域を越えないものであってそのままの形で
使用することができることは希であるため、これを補正
した後に確定する作業が必要である。

【０１１１】制御プログラムの確定のための手順につい
ては、感覚神経の場合には概ね次の通りである。

【０１１２】（１）感覚神経と神経接続素子との接続を
確認する（２）神経種別が感覚神経であると認識されている領域
（髄鞘領域）を選び出して当該領域の出力ポートに微弱
な信号を供給して神経に感覚信号を伝える（３）（２）の感覚信号について神経の感覚反応がある
か否かを観察する（４）（３）の反応が認められる場合には、その感覚場
所若しくはこれと同じ感覚が得られる別の場所（例え
ば、右手に神経の切断部がある場合には左手におけるそ
の対応部分）を指定して感覚神経名を特定する。また、
（３）の反応が認められない場合には、（２）で神経種
別を感覚神経であるとしたことに原因があるので、対象
領域の神経種別を運動神経に変更する（５）（２）の領域のうち特定されていない領域がなく
なるまで（１）乃至（４）の手順を繰り返す。

【０１１３】以上によって図１４のステップＳ２６おい
て髄鞘領域に対して付与した神経種別情報を感覚神経に
ついて補正することができる。

【０１１４】また、運動神経の場合には概ね次の通りで
ある。

【０１１５】（１）運動神経と神経接続素子との接続を
確認する（２）神経種別が運動神経であると認識されている領域
（髄鞘領域）を全て選び出す（３）（１）の運動神経に関して所定の反復運動を行う（４）（３）の反復運動が安定したら、神経切断面の運
動神経信号を取得する（５）（４）で得た運動神経信号から運動神経名を特定
する。

【０１１６】以上によって図１４のステップＳ２６にお
いて髄鞘領域に対して付与した神経種別情報を運動神経
について補正することができる。

【０１１７】こうして、図１４のステップＳ２７におい
て仮設定した入出力ポートの設定状態が確定し、上記制
御プログラム４９が決定される。

【０１１８】尚、各入出力ポートの設定状態を常に固定
してしまうと、以下のような不都合が発生する虞がある
ので、例えば、当該設定状態を時折逆転することが好ま
しい。

【０１１９】つまり、軸索断端からの電位発生は、Ｃａ
²⁺（カルシウムイオン）の終末部への流入に起因してお
り、これが膜の脱分極を発生させ、Ｎａ⁺やＫ⁺等のイオ
ンの透過性を増大させる。このため、上記神経接続装置
において長期間に亘って信号伝達を行うと入出力ポート
にＮａ⁺やＫ⁺を堆積させる結果をもたらす。

【０１２０】そこで、入出力ポートの設定状態を正規で
の使用時とは逆の状態とし（つまり、入力ポートと出力
ポートとを入れ替える。）、中枢神経が痛覚を伴わない
程度の微弱な電気信号をポートに加える。

【０１２１】また、神経切断時から時間が経過すると、
運動神経系では筋萎縮が起こり、また感覚神経系では感
受性亢進が起きるため、このような場合には睡眠時等に
おいて擬似信号をポートに加えることが好ましい。

【０１２２】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項１に係る発明によれば、導通層とイオン選別
層との間に位置する神経との癒着部に成長促進剤を設け
ることによって、神経の再生を容易にしかつ導通層側へ
と効率良く誘導することができ、神経と素子基板との結
合を確実に行うことができる。

【０１２３】請求項２に係る発明によれば、導通層とイ
オン選別層との間に神経の成長促進剤及び成長抑制剤を
２層に分けて設けることにより、再生神経の必要以上の
増殖を防ぐことができる。

【０１２４】請求項３に係る発明によれば、絶縁体で形
成された仕切部内に神経の成長促進剤と成長抑制剤を含
むゲル状の材料を設けることにより、再生神経に対して
的確な位置精度をもって導通層側へと誘導することがで
きる。また、入出力ポートを絶縁体で形成された仕切部
によって区分けするとともに、該仕切部によって囲まれ
た癒着部分にイオン選別層を設けることによって、金属
アレルギー等の生態拒絶反応を緩和することができる
（入出力ポートを単に金属材料で形成した場合には当該
金属が神経に直接触れることによるアレルギー反応が生
じ易い。）。

【０１２５】請求項４や請求項５に係る発明によれば、
メッシュ若しくは絶縁体に形成された微細孔を通った
後、成長促進剤の層内で増殖した神経を導通層側に効率
良く誘導することができる。

【０１２６】請求項６に係る発明によれば、ハニカム構
造体の採用によって神経との接続部分の強度を保証する
ことができる。

【０１２７】請求項７や請求項８に係る発明によれば、
成長促進剤の層内で増殖した神経に対して栄養の供給を
行うことができる。

【０１２８】請求項９に係る発明によれば、合成が困難
な物質を用いることなくこれを血清で代替することがで
きる。

【０１２９】請求項１０乃至１２に係る発明によれば、
再生神経の増殖を成長促進剤の層内で段階的又は連続的
に制御することができる。

【０１３０】請求項１３乃至１５に係る発明によれば、
再生する神経の増殖を成長抑制剤の層内で段階的又は連
続的に制御することができる。

【０１３１】請求項１６や請求項１７に係る発明によれ
ば、神経との癒着部を含む入出力ポートを神経に接続し
て、制御信号端子部からアナログ入力バッファ又はアナ
ログ出力バッファに供給する制御信号に応じて出力端子
部から神経信号を取り出したり、又は入力端子部に供給
した信号を神経に伝達することができ、神経破断の状況
如何に関係なく神経との接続を行うことができる。例え
ば、切断した神経の間を直に接合する必要がなくなり。
また、神経の切断面同士の距離が離れている場合でも神
経接続装置を介して信号を補完することができる。そし
て、神経接続装置から機能の正常な神経に対して信号を
送出することによって筋肉等を動かすことができるよう
になる。

【０１３２】請求項１８や請求項１９に係る発明によれ
ば、多数の神経接続素子を基板上に配列し、各神経接続
素子の入出力ポートを入力ポート又は出力ポートとして
選択的に指定して機能させることができるので、神経切
断面が如何に複雑であっても入出力ポートと神経とを結
合させることができる。

【０１３３】請求項２０や請求項２１に係る発明によれ
ば、神経接続素子と神経との接続状態を認識するととも
に、各神経接続素子の入出力ポートの設定状態を自在に
組み替えてその状態を記憶しておくことができるので、
神経切断面において不規則に配列された神経群の種別を
認識したり、入出力ポート（の集合）に対して、神経群
の種別情報を付与する作業を効率良く行うことができ、
神経接続装置を神経バスとして取り扱うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る神経接続素子の基本構成を示す回
路ブロック図である。

【図２】神経接続装置と神経との接続状態を概略的に示
す断面図である。

【図３】軸索との結合部における神経接続素子の入出力
ポートを拡大して示す概略図である。

【図４】入出力ポートの断面構造について説明するため
の図であり、（Ａ）はイオン選別層にメッシュを用いた
構成例を示し、（Ｂ）はイオン選別層に絶縁体を用いた
構成例を示す。

【図５】ハニカム構造体の作成工程を（Ａ）乃至（Ｃ）
に示す説明図である。

【図６】凸型の作成工程を概略的に示す説明図である。

【図７】図８及び図９とともに入出力ポートの設定状態
の一例を示す概略図であり、本図は中央に出力ポートが
位置され、その周囲に入力ポートが配置された例を示
す。

【図８】中央に高インピーダンスのポートが１つ位置さ
れ、その周囲に出力ポートが位置され、さらにその周囲
に入力ポートが配置された例を示す。

【図９】中央に高インピーダンスのポートが複数位置さ
れ、その周囲に出力ポートが位置され、さらにその周囲
に入力ポートが配置された例を示す。

【図１０】神経接続素子及びこれに接続された制御部の
構成を示す回路ブロック図である。

【図１１】図１２乃至図１４とともに、神経種別の認識
及び入出力ポートの設定処理について説明するためのフ
ローチャート図であり、本図は処理の最初の部分を示
す。

【図１２】図１１に続く処理部分を示す。

【図１３】図１２に続く処理部分を示す。

【図１４】処理の終盤部を示す。

【図１５】神経と神経との接続例についての説明図であ
る。

【図１６】体内に埋め込んで用いる義肢と神経との接続
例を示す説明図である。

【図１７】体外で用いる義肢と神経との接続例を示す説
明図である。

【符号の説明】

１…神経接続素子、２…入出力ポート、３…アナログ入
力バッファ、４…アナログ出力バッファ、５、６…制御
信号端子部、７…入力端子部、８…出力端子部、９、９
Ａ…神経接続装置、１０…基板、１８…仕切部、１８Ａ
…絶縁体、１９…基板、２０ｂ…導通層、２１Ａ…癒着
部、２２…イオン選別層、２２ａ…メッシュ、２２ｂ…
蛋白質接着剤、３４…制御手段、３５、３６、３７、３
８…接続端子部、３９…検出手段、４１…神経パルス認
識手段、４５…信号発生手段、４８…入出力規定手段、
４８…設定状態記憶手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】神経に接続して信号を取り出し又は神経
に電気信号を供給するための入出力ポートを備えた神経
接続素子において、（イ）上記入出力ポートが、基板上に形成された導通層
と、該導通層の上層に設けられたイオン選別層とを有し
ており、該イオン選別層には多数の微細孔が形成されて
いること、（ロ）神経との癒着部が上記導通層と上記イオン選別層
との間に位置され、該癒着部に神経の成長促進剤が設け
られていること、を特徴とする神経接続素子。
【請求項２】請求項１に記載の神経接続素子におい
て、癒着部内で神経の成長促進剤と成長抑制剤とを２層に分
けて設けるとともに、成長促進剤をイオン選別層側に配
置し、成長抑制剤を導通層側に配置したことを特徴とす
る神経接続素子。
【請求項３】請求項２に記載の神経接続素子におい
て、神経との接合面に直交する方向から神経接続素子の入出
力ポートを見たときに、絶縁体で形成された仕切部によ
って仕切られており、該仕切部によって囲まれた部分に
は、神経の成長促進剤と成長抑制剤を含むゲル状の材料
が設けられていることを特徴とする神経接続素子。
【請求項４】請求項１に記載の神経接続素子におい
て、イオン選別層を、メッシュ若しくは絶縁体又はこれらと
その表層に設けられた蛋白質接着剤とにより構成したこ
とを特徴とする神経接続素子。
【請求項５】請求項２に記載の神経接続素子におい
て、イオン選別層を、メッシュ若しくは絶縁体又はこれらと
その表層に設けられた蛋白質接着剤とにより構成したこ
とを特徴とする神経接続素子。
【請求項６】請求項３に記載の神経接続素子におい
て、仕切部をハニカム構造体として形成したことを特徴とす
る神経接続素子。
【請求項７】請求項３に記載の神経接続素子におい
て、仕切部をセルロース系材料、合成高分子膜又はメタクリ
ル樹脂で形成したことを特徴とする神経接続素子。
【請求項８】請求項６に記載の神経接続素子におい
て、仕切部をセルロース系材料、合成高分子膜又はメタクリ
ル樹脂で形成したことを特徴とする神経接続素子。
【請求項９】請求項１に記載の神経接続素子におい
て、成長促進剤として血清を用いたことを特徴とする神経接
続素子。
【請求項１０】請求項１に記載の神経接続素子におい
て、成長促進剤の濃度がイオン選別層側に近い程高く、導通
層側に近い程低くなるように規定されていることを特徴
とする神経接続素子。
【請求項１１】請求項２に記載の神経接続素子におい
て、成長促進剤の濃度がイオン選別層側に近い程高く、導通
層側に近い程低くなるように規定されていることを特徴
とする神経接続素子。
【請求項１２】請求項４に記載の神経接続素子におい
て、成長促進剤の濃度がイオン選別層側に近い程高く、導通
層側に近い程低くなるように規定されていることを特徴
とする神経接続素子。
【請求項１３】請求項２に記載の神経接続素子におい
て、成長抑制剤の濃度がイオン選別層側に近い程低く、導通
層側に近い程高くなるように規定されていることを特徴
とする神経接続素子。
【請求項１４】請求項１１に記載の神経接続素子にお
いて、成長抑制剤の濃度がイオン選別層側に近い程低く、導通
層側に近い程高くなるように規定されていることを特徴
とする神経接続素子。
【請求項１５】請求項１２に記載の神経接続素子にお
いて、成長抑制剤の濃度がイオン選別層側に近い程低く、導通
層側に近い程高くなるように規定されていることを特徴
とする神経接続素子。
【請求項１６】神経に接続して信号を取り出したり、
あるいは神経に電気信号を供給するための入出力ポート
を備えた神経接続素子を用いた神経接続装置であって、（イ）上記神経接続素子が、上記入出力ポート及びこれ
に接続されるアナログ入力バッファ又はアナログ出力バ
ッファと、該アナログ入力バッファ又はアナログ出力バ
ッファを制御するための制御信号が供給される制御信号
端子部と、アナログ入力バッファの出力信号を取り出す
ための出力端子部又はアナログ出力バッファに入力信号
を供給するための入力端子部とを備えていること、（ロ）上記入出力ポートが、基板上に形成された導通層
と、該導通層の上層に設けられたイオン選別層とを有し
ており、該イオン選別層には多数の微細孔が形成されて
いること、（ハ）神経との癒着部が上記導通層と上記イオン選別層
との間に位置され、該癒着部に神経の成長促進剤が設け
られていること、（ニ）上記制御信号端子部からアナログ入力バッファに
供給される制御信号によって、入出力ポートからアナロ
グ入力バッファを介して出力端子部に信号を出力するか
否かが規定され、又は、上記制御信号端子部からアナロ
グ出力バッファに供給される制御信号によって、上記入
力端子部からアナログ出力バッファを介して入出力ポー
トに信号を出力するか否かが規定されるようにしたこ
と、を特徴とする神経接続装置。
【請求項１７】請求項１６に記載の神経接続装置にお
いて、入出力ポート内の癒着部で神経の成長促進剤と成長抑制
剤とを２層に分けて設けるとともに、成長促進剤をイオ
ン選別層側に配置し、成長抑制剤を導通層側に配置した
ことを特徴とする神経接続装置。
【請求項１８】請求項１６に記載の神経接続装置にお
いて、多数の神経接続素子を基板上に配列するとともに、各神
経接続素子の入出力ポートが、制御信号端子部への供給
信号に応じて入力ポート又は出力ポートとして選択的に
指定されることを特徴とする神経接続装置。
【請求項１９】請求項１７に記載の神経接続装置にお
いて、多数の神経接続素子を基板上に配列するとともに、各神
経接続素子の入出力ポートが、制御信号端子部への供給
信号に応じて入力ポート又は出力ポートとして選択的に
指定されることを特徴とする神経接続装置。
【請求項２０】請求項１８に記載の神経接続装置にお
いて、各神経接続素子の入力端子部、出力端子部、制御信号端
子部にそれぞれ接続される接続端子部を有する制御手段
が、神経接続素子と神経との絶縁状態又はインピーダンスを
検出するための検出手段と、神経接続素子の出力端子部から上記接続端子部を経て取
得した信号を認識する神経パルス認識手段と、神経パルスの擬似信号を発生させてこれを神経接続素子
の入力端子部に送出する信号発生手段と、神経接続素子の制御信号端子部に制御信号を送出して当
該神経接続素子の入出力ポートの機能を入力ポート又は
出力ポートとして設定する入出力規定手段と、該入出力規定手段によるポートの設定状態を記憶する設
定状態記憶手段とを設けたことを特徴とする神経接続装
置。
【請求項２１】請求項１９に記載の神経接続装置にお
いて、各神経接続素子の入力端子部、出力端子部、制御信号端
子部にそれぞれ接続される接続端子部を有する制御手段
が、神経接続素子と神経との絶縁状態又はインピーダンスを
検出するための検出手段と、神経接続素子の出力端子部から上記接続端子部を経て取
得した信号を認識する神経パルス認識手段と、神経パルスの擬似信号を発生させてこれを神経接続素子
の入力端子部に送出する信号発生手段と、神経接続素子の制御信号端子部に制御信号を送出して当
該神経接続素子の入出力ポートの機能を入力ポート又は
出力ポートとして設定する入出力規定手段と、該入出力
規定手段によるポートの設定状態を記憶する設定状態記
憶手段とを設けたことを特徴とする神経接続装置。