@PhdThesis{duepublico_mods_00074676,
  author = 	{Erbsl{\"o}h, Andreas},
  title = 	{CMOS-Schaltungskonzepte f{\"u}r die bidirektionale Kommunikation zwischen einem Neurostimulator und der degenerierten Netzhaut},
  year = 	{2021},
  month = 	{Aug},
  day = 	{16},
  abstract = 	{Weltweit leiden Millionen Menschen an einer neurodegenerativen Erkrankung der Retina, die im progressiven Verlauf zur Erblindung des Patienten f{\"u}hrt. Nach aktuellem Stand gibt es keine Therapie-Ans{\"a}tze zur vollst{\"a}ndigen Genesung bzw. Wiederherstellung der verloren gegangenen sensorischen Funktion. Der Einsatz von Retina-Implantaten konnte bisher einen Seheindruck bei den Patienten wiederherstellen, allerdings liegen noch zahlreiche offene Fragestellungen und technische Herausforderungen zur Schaffung eines langzeit-stabilen und r{\"a}umlich hochaufl{\"o}senden Sehverm{\"o}gens vor. In der vorliegenden Dissertation werden Schaltungskonzepte zur bidirektionalen Kommunikation zwischen der Elektronik und der Retina zur monolithischen Integration in ein Implantat mit hochdichten Elektroden-Arrays vorgestellt. Als Schnittstelle dienen Mikroelektroden, die simultan eine lokale Stimulation des degenerierten Gewebes und die Ableitung der extrazellul{\"a}ren Gewebe-Aktivit{\"a}ten erm{\"o}glichen. Das Ableitungs-Frontend erfasst den Informationsfluss vom neuronalen Retina-Netzwerk zum visuellen Kortex und ermittelt mithilfe einer hardware-nahen Merkmals-Extraktion die Feuerrate, die die Anzahl der Aktionspotentiale pro Messintervall ermittelt. Bei der elektrischen Stimulation werden neue Konzepte und Entwurfsregeln zur Realisierung eines innovativen ladungsgesteuerten Stimulationsverfahrens vorgestellt. Au{\ss}erdem wird ein st{\"o}rrobuster Algorithmus zur Detektion der Aktionspotentiale inklusive Techniken zur Vermeidung von Stimulations-Artefakten pr{\"a}sentiert, die keinen Einfluss auf die Auswertung der bioelektrischen Signale besitzen. Zuk{\"u}nftig kann damit die Technik der adaptiven Stimulation untersucht werden, bei der die Wirksamkeit der Stimulation in Abh{\"a}ngigkeit von der ermittelten Gewebe-Aktivit{\"a}t angepasst werden. Das vorgestellte Verfahren der ladungsgesteuerten Stimulation wird mit Nass-Messungen validiert, bei denen ein Mikroelektroden-Array aus 16 Elektroden verwendet wird. Aus den Nass-Messungen werden die elektrischen Eigenschaften bzw. die kapazitiven und resistiven Eigenschaften des Stimulationspfads extrahiert. Diese Ergebnisse werden mit den elektrochemischen Charakterisierungen der Impedanz-Spektroskopie und der Cyclo-Voltammetrie verglichen. Au{\ss}erdem werden die Temperatureigenschaften des Metall-Elektrolyt-{\"U}bergangs {\"u}ber die Impedanz-Messung bei 1 kHz untersucht. Zur Evaluierung der Neurostimulations-ASICs wird ein elektrisches Testsystems vorgestellt, das das Verhalten von Neuronen in Abh{\"a}ngigkeit von der elektrischen Stimulation emuliert. Dieser Neuronen-Emulator dient als zus{\"a}tzlicher Test-Schritt zwischen der reinen elektrischen Validierung und den biologischen Experimenten. Die interne und programmierbare Korrelation kann zuk{\"u}nftig mit einem verbesserten Verst{\"a}ndnis der retinalen Signalverarbeitung angepasst werden, sodass Algorithmen zur adaptiven Stimulation elektrisch validiert werden k{\"o}nnen. Eine Folge dessen k{\"o}nnte sein, dass die Anzahl der erforderlichen Tierversuche reduziert werden kann.},
  doi = 	{10.17185/duepublico/74676},
  url = 	{https://duepublico2.uni-due.de/receive/duepublico_mods_00074676},
  url = 	{https://doi.org/10.17185/duepublico/74676},
  file = 	{:https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00074434/Diss_Erbsloeh.pdf:PDF},
  language = 	{de}
}