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본 논문은 파킨슨병(PD)의 적응형 심부 뇌 자극(aDBS)을 위해 CMOS 기술 기반 뉴로모픽 실리콘 뉴런 컨트롤러인 SiLIF-DBS를 제안합니다. 이 시스템은 베타 대역 STN-LFPs를 활용하여 병리학적 베타 활동을 효과적으로 억제하는 동시에, 기존 방식 대비 전력 소모를 크게 줄여 저전력 이식형 aDBS의 실현 가능성을 입증했습니다.
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원문 바로가기파킨슨병(PD)은 전 세계 수백만 명에게 영향을 미치며 심각한 운동 증상을 유발합니다. 적응형 심부 뇌 자극(aDBS)은 PD 운동 증상의 변동을 추적할 수 있는 생리학적으로 정보가 반영된 자극을 전달하여 더욱 지능적인 DBS 제어를 가능하게 합니다. 그러나 대부분의 기존 aDBS 접근 방식은 주로 알고리즘 및 소프트웨어 기반이며, 특히 저전력 및 이식형 집적 회로 구현 노력은 제한적입니다. 본 논문에서는 금속 산화물 반도체(CMOS) 기술로 구현된 뉴로모픽 실리콘 뉴런 자극기인 Silicon Leaky Integrate-and-Fire Deep Brain Stimulation (SiLIF-DBS) 컨트롤러를 제시합니다. 시스템 수준 평가를 위해, SiLIF-DBS 컨트롤러의 단순화된 계산 모델을 도출하여 폐루프 검증을 위한 파킨슨병성 피질-기저핵 프레임워크 내에 임베딩했습니다. 이 시스템은 베타 대역(beta-band)의 시상하핵 국소장 전위(STN-LFPs)에 의해 구동되며, 그 평균 직류화 값(Beta ARV)이 제어 바이오마커로 사용됩니다. 본 연구의 aDBS용 SiLIF-DBS 컨트롤러는 병리학적 베타 활동을 억제하는 동시에 개방 루프 자극에 필요한 전력의 단 25%만을 소비하며 $5.85 ext{%/} ext{μW}$의 억제 효율을 달성합니다. 종합적으로, 본 SiLIF-DBS 컨트롤러는 현저히 감소된 전력으로 강력한 베타 억제를 달성하여 높은 억제 효율을 제공함으로써 저전력 이식형 aDBS를 위한 실행 가능한 기반임을 입증합니다.