Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers (전자공학회논문지)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
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Study on Electric Stimulus Pattern in Cochlear Implant Using a Computer Model

신경모델링을 이용한 인공와우 전기자극 패턴 연구

  • Yang, Hyejin (Dept. of Biomedical Engineering, University of Ulsan) ;
  • Woo, Jihwan (School of Electrical Engineering, University of Ulsan)
  • 양혜진 (울산대학교 의공학과) ;
  • 우지환 (울산대학교 전기공학부 의공학전공)
  • Received : 2012.09.27
  • Published : 2012.12.25
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Abstract

A cochlear implant system uses charge-balanced biphasic pulses that are known to reduce tissue damage than monophasic pulses. In this study, we investigated effect of pulse pattern on neural responses using a computer model, based on the Hodgkin-Huxley equation. Electric pulse phase, pulse duration, and phase gap have been systematically varied to characterize auditory nerve responses. The results show that neural responses, dynamic range and threshold are represented as a function of stimulus patterns and duration. The results could greatly extend to develop more efficient cochlear implant stimulation.

청각 신경의 정상적 기능 회복을 위해 사용하는 인공와우는 인체 조직에 손상을 주는 단상파 방식의 펄스 대신 전하량 균형을 이루는 이상파 방식의 전기적 펄스를 사용한다. 본 논문에서는, Hodgkin-Huxley 신경 모델에 기반하여 다양한 전기적 펄스 방식의 자극이 신경 반응에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 전기적 펄스의 펄스 폭, 펄스간 간격 등을 변화시키면서, 청각신경의 역치, 반응 범위, 반응 시간 등을 측정하였다. 이러한 결과는 인공와우 시스템의 효과적인 자극 방식을 디자인 하는데, 활용 될 수 있으리라 기대된다.

Keywords

References

  1. C. van den Honert and J. T. Mortimer, "The response of the myelinated nerve fiber to short duration biphasic stimulating currents," Ann Biomed Eng, vol. 7, pp 117-125, 1979. https://doi.org/10.1007/BF02363130
  2. 이영우, 지윤상, 이종식, 김인영, 김선일, 홍성화, 이상민, "잡음 환경에서 압신을 이용한 인공 와우 환자의 언어 인지 향상 시뮬레이션 연구," 전자공학회논문지-SP, vol. 43, pp.79-87, 2006
  3. 김영훈, 박광석, "인공 귀에서의 음성신호 처리 및 자극방법에 관한 연구," 전자공학회논문지-B, vol.29, pp. 375-380, 1992
  4. B. H. Bonham and L. M. Litvak, "Current focusing and steering: modeling, physiology, and psychophysics," Hear Res., vol. 242, pp. 141-153, 2008. https://doi.org/10.1016/j.heares.2008.03.006
  5. J. T. Rubinstein and R. Hong, "Signal coding in cochlear implants: exploting stochastic effects of electrical stimulation," Ann Otol Rhinol Laryngol Suppl, vol.191, pp.14-19, 2003.
  6. 정. 권보민, 박주홍, 이제원, 박용수, 송한정, "펄스 형호지킨-헉슬리 신경세포 모델의 집적 회로 구현 및 분석," 전자공학회논문지-IE, vol. 46, pp. 16-22, 2009
  7. H. Mino, J. T. Rubinstein, and J. A. White, "Comparison of algorithms for the simulation of action potentials with stochastic sodiun channels," Ann Biomed Eng, vol. 30, pp. 578-587, 2002. https://doi.org/10.1114/1.1475343
  8. J. Woo, C. A. Miller, and P. J. Abbas, "Biophysical model of an auditory nerve fiber with a novel adaptation component," IEEE Trans Biomed Eng, vol. 56, pp. 2177-2180, 2009. https://doi.org/10.1109/TBME.2009.2023978
  9. A. A. Verveen, "Fluctuation in excitability." Drukkerij Holland N. V., Amsterdam, 1961.
  10. C. M. McKay, A. O'Brien, and C. J. James, "Effect of current level on electrode discrimination in electrical stimulation," Hear Res., vol. 136, pp. 159-164, 1999 https://doi.org/10.1016/S0378-5955(99)00121-5
  11. C. A. Miller, P. J. Abbas, B. K. Robinson, J. T. Rubinstein, and A. J. Matsuoka, "Electrically evoked single-fiber action potentials from cat: responses to monopolar, monophasic stimulation," Hear Res., vol. 136, pp. 159-164, 1999. https://doi.org/10.1016/S0378-5955(99)00121-5
  12. C. A. Miller, B. K. Robinson, J. T. Rubinstein, and P. J. Abbas, "Auditory nerve responses to monophasic and biphasic electric stimuli," Hear Res, vol. 151, pp. 79-94, 2001. https://doi.org/10.1016/S0300-2977(00)00082-6

Cited by

  1. 인체 삽입형 인공와우를 위한 무선 통신 시스템 vol.c38, pp.12, 2013, https://doi.org/10.7840/kics.2013.38c.12.1150