Systèmes intégrés pour l'hybridation vivant-artificiel : modélisation et conception d'une chaîne de détection analogique adaptative

Embedded systems for the interfacing of electronics and biology : modeling and designing an analog adaptive detection chain

• Auteur / Autrice : François Rummens
• Direction : Sylvie Renaud, Noëlle Lewis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 01/12/2015
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Taris
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Pouget
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Badets, Serge Bernard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circuits intégrés à la demande

Amplificateurs

Potentiels d'action (électrophysiologie)

Bioélectronique

Microélectronique

Mots clés libres

Microélectronique

Bioélectronique

Electrophysiologie d’acquisition

Amplificateur neuronal

Estimateur d’écart-type

Seuillage adaptatif

Détection de potentiels d’action

Conception et test d’ASIC mixte

Microelectronics

Bioelectronics

Acquisition electrophysiology

Neural amplifier

Standard deviation estimation

Adaptive threshold

Action potential detection

Mixed-signal ASIC design and test

Résumé

La bioélectronique est un domaine transdisciplinaire qui oeuvre, entre autres, àl’interconnexion entre des systèmes biologiques présentant une activité électrique et le mondede l’électronique. Cette communication avec le vivant implique l’observation de l’activitéélectrique des cellules considérées et nécessite donc une chaine d’acquisition électronique.L’utilisation de Multi/Micro Electrodes Array débouche sur des systèmes devantacquérir un grand nombre de canaux en parallèle, dès lors la consommation etl’encombrement des circuits d’acquisition ont un impact significatif sur la viabilité dusystème destiné à être implanté.Cette thèse propose deux réflexions à propos de ces circuits d’acquisition. Une ces desréflexions a trait aux circuits d’amplification, à leur impédance d’entrée et à leurconsommation ; l’autre concerne un détecteur de potentiels d’action analogique, samodélisation et son optimisation.Ces travaux théoriques ayant abouti à des résultats concrets, un ASIC a été conçu,fabriqué, testé et caractérisé au cours de cette thèse. Cet ASIC à huit canaux comporte doncdes amplificateurs et des détecteurs de potentiels d’action analogiques et constitue le principalapport de ce travail de thèse.

Bioelectronics is a transdisciplinary field which develops interconnection devicesbetween biological systems presenting electrical activity and the world of electronics. Thiscommunication with living tissues implies to observe the electrical activity of the cells andtherefore requires an electronic acquisition chain.The use of Multi / Micro Electrode Array leads to systems that acquire a large numberof parallel channels, thus consumption and congestion of acquisition circuits have asignificant impact on the viability of the system to be implanted.This thesis proposes two reflections about these acquisition circuits. One of thesereflections relates to amplifier circuits, their input impedance and consumption; the otherconcerns an analogue action potentials detector, its modeling and optimization.These theoretical work leading to concrete results, an ASIC was designed,manufactured, tested and characterized in this thesis. This eight-channel ASIC thereforeincludes amplifiers and analogue action potentials detector and is the main contribution of thisthesis.