专利名称：通过细胞迁移实现电极与细胞紧接的神经刺激阵列的制作方法 诸如色素性视网膜炎和老年性黄斑变性等常会导致失明的退化性视网膜病变主要是由视网膜内的光感受器(即，视杆细胞和视锥细胞)退化引起的，而视网膜内诸如双极细胞和神经节细胞等其他部分的机能则保持良好。因此，人们应该开始研究如何治疗由上述情形所导致失明，具体的方法则由与视网膜功能部分相连接并提供光感受器功能的视网膜假体实现。视网膜假体和视网膜功能部分间的连接通常由电极阵列实现(例如可参见Michelson的美国专利US 4,628,933)。Michelson教示了一种位于“钉床”结构内的裸电极规则阵列，还教示了一种用于降低电极间干扰的同轴电极规则阵列。虽然可以Michelson电极可以紧接要刺激的视网膜细胞放置，但是Michelson电极结构的侵略性并非最低，并且难以避免对视网膜功能部分的损坏。可选地，能够把带有电极的假体放置在视网膜外层(epiretinally)(即，位于视网膜和玻璃体液之间)而无需穿透视网膜内部的限制膜(例如可参见de Juan等人的美国专利US 5,109,844)。虽然de Juan等人的安排中的侵略性要小于Michelson的方法，但是de Juan等人的电极与要刺激的视网膜细胞之间的距离比Michelson方法中的大。并不期望增加电极和细胞间的距离，因为电极干扰和细胞刺激所需功率都会随着电极和细胞间距离的增加而增大。此外，电功率的增加还会导致各种不希望有的后果，诸如生物组织内热阻的增加以及电极上电化学活动的增强等。Stein等人的美国专利US 3,955,560是一种实现电极和神经纤维(即，轴突)之间较小距离的方法实例，但是此种方法的侵略性很强，要求切断神经并在随后通过假体和嵌入假体内的过去电极来再生轴突。对细胞进行电接触的另一种方法可参见Kenney的美国专利US 6,551,849。在此方法中，通过光刻技术在硅衬底上形成针阵列。但如以上Michelson的发明所述，这一针阵列对组织的侵略性不是最小的。此外，Kenney的硅针的侧面是暴露的并且能够实现与细胞的电接触，这就非期望地降低了细胞激励的空间精确度。

因此，本发明的一个目标在于提供通过使用与神经细胞紧接的电极并以最小的侵略性实现与神经细胞选择性地电接触的一种装置和方法。
本发明的另一个目标在于激励或允许神经细胞向刺激电极的迁移以使电极和细胞间的距离最小。
本发明的又一个目标在于在激励或允许神经细胞迁移的情况下保持生物神经网络的功能。
本发明的再一个目标在于降低相邻电极间的干扰。
本发明的另一个目标在于保证细胞兴奋的较低阈值电压和电流。
本发明的又一个目标在于提供允许神经组织对假体进行机械锚定的一种界面。
本发明的再一个目标在于提供较大的电极表面积以降低电流密度，并由此降低电化学侵蚀速率。
本发明的一大优势在于可以使得所选细胞和神经细胞组接近于刺激或感知电极，同时保护生物神经网络的信号处理功能。本发明的另一优势在于通过使细胞与电极紧接来降低细胞兴奋所需的电功率，由此降低组织热和电极侵蚀。本发明的又一优势在于细胞和电极的紧接可以降低未选细胞的干扰，这就允许更高的填充密度，从而改善空间分辨率。
本发明提供用于选择性激励或感知生物神经网络中神经细胞的一种界面。该界面膜，该膜包括带有多个贯穿该膜的通道。每个通道内部至少有一个电极。生物神经网络内的神经细胞向这些通道生长或迁移，从而与这些电极紧接。
一旦有一个或多个神经细胞向一通道生长或迁移，则该通道内电极的外加电压就选择性地激励该通道内的一个(或多个)神经细胞。然后通过与在该通道内被刺激的神经细胞相关联的神经网络(即，细胞和轴突)传输这些神经细胞的兴奋。可选地，也可由该通道内的电极选择性地感知由生物神经网络内活动引起该通道内一个(或多个)神经细胞的兴奋。
本发明的一个可选实施例经由衬底上导电支柱阵列而提供细胞激励。这些支柱具有电绝缘的侧面和暴露的、用于提供选择性细胞激励的顶面。更具体地，可以激励离开支柱顶面的距离与该支柱半径可比(或更小)的细胞。支柱间的距离足以允许细胞迁移入其中，从而实现了对组织进行缓慢且非破坏性的预定深度的穿透。


图1示出了具有被置于视网膜下并带通道的膜的本发明的一个实施例。
图2示出了具有被置于视网膜下并带通道的膜，并且具有从内核层迁移入所述通道的细胞的本发明的一个实施例。
图3示出了带电极膜的本发明的一个实施例的侧视图，其中所述电极暴露在通道内部并在位于膜底的通道外部处被涂覆。
图4示出了按图3的本发明实施例的底视图。
图5示出了具有被置于视网膜下并带通道的膜，并且具有迁移入所述通道的神经细胞的本发明的一个实施例。通道电极的外加电压引起该通道内神经细胞的兴奋。该通道内兴奋的神经细胞将信号传输给视网膜网络。
图6示出了具有两个不同通道直径的通道，并且在其底部具有阻挡层以防止细胞迁移入该通道同时允许营养素流过的本发明的一个实施例。
图7示出了根据本发明的阵列的一个实施例。
图8示出了其中仅有少量(理想情况下只有一个)神经细胞能够进入所述通道的本发明的一个实施例。外加电场可以为细胞提供足够的刺激。
图9示出了具有横向延伸入通道的电极和/或绝缘体的本发明的一个实施例。
图10示出了具有连接至所述电极的感光电路并在其底部具有多孔阻挡层以防止细胞经过通道同时允许营养素流过的本发明的一个实施例。
图11示出了具有置于通道端面上的电极的本发明的一个实施例。
图12a和12b示出了具有选择性电接触细胞的支柱的本发明的一个实施例。

图1示出了具有膜110的本发明的一个实施例，其中膜110带有贯穿该膜110的多个通道120。如图1中实例所示，膜110优选地位于视网膜130下。典型的视网膜130包括光感受器(即，视杆细胞和/或视锥细胞)140、内核层细胞150(例如，双极细胞)、神经节细胞160以及分别与视神经170相连的轴突。膜110可以是基本不导电并且柔韧度足以符合生物神经网络中神经组织形状的任何种类的生物相容性材料。膜110的合适材料包括聚脂薄膜和PDMS(聚二甲基硅氧烷)。膜110的厚度小于0.5mm，并且优选地位于约5微米至100微米之间。通道120完全贯穿膜110，并可呈现任何形状，虽然优选地应为圆形。图1中的视网膜130是生物神经网络的一个实例。本发明可应用于电接触任何种类的生物神经网络，包括但不限于中枢神经系统(CNS)神经网络(例如，大脑皮层)、CNS内核以及CNS的外周神经中枢。生物神经网络由互连生物处理单元(例如，神经元)组成，这些生物处理电压并行响应送入其每一个的输入信号组。
图2示出了迁移入图1中膜110的通道120内的细胞。当膜110位于神经组织层附近时，该神经组织层内的神经细胞向这些通道生长或迁移的趋势。这一生长过程是细胞的自然生理反应，并取决于这些细胞相关的营养素存在与否、空间和合适的表面形态。可选地，可以包括生长(或抑制)因子以增强(或降低)神经细胞的迁移或生长。这些因子包括但不限于BDNF (脑源神经营养因子)、CNTF(睫状神经营养因子)、Forskolin、Laminin、N-CAM以及改良N-CAM。然而这些生长或抑制因子并不总是必须的。在图2的实例中，细胞210是迁移入和/或通过位于视网膜下(subretinally)膜110内通道120的神经细胞150。这些通道的直径应该足以允许神经细胞150的迁移，并且优选地位于约5微米至20微米的范围内。通过试验我们发现当把膜110置于视网膜下(即，在视网膜与眼外层之间)时易于出现细胞迁移，而把膜110置于视网膜外层(即，在视网膜与玻璃体液之间)时不易于出现(或者根本不发生)细胞迁移。神经细胞150穿透和通过通道120提供了视网膜130对膜110的机械锚定。
图3示出了图2结构的通道之一的放大图。在图3的实例中，将电极310置入膜110的通道120内，从而为神经细胞210及其轴突通过通道的迁移和生成留有了足够的空间。作为这些细胞迁移的结果电极310与神经细胞210紧接。示出的电极310延伸至膜110的底面(即，膜110远离生物神经网络的表面)。导线(未示出)可将电极310连接至输入和/或输出端(未示出)，或连接至膜110内的电路。在电极310和可选导线位于膜110底面的情况下，优选地在膜110的底面上放置覆盖电极310(和任何导线，如果存在的话)的非导电层350以提供电绝缘。图4示出了从具有图3结构的两个通道120的非导电层350向上看所得的视图。图4还示出了电极310和细胞210的紧接。
电极310与神经细胞210电接触，但是可与或可不与神经细胞210物理接触。对电极310刺激细胞210或对电极310感知细胞210活动来说，电极310和细胞210之间的直接物理接触并不是必须的。
图5示出了图2结构的作用。一个通道120内的所选的神经细胞510由位于同一通道内的电极电激励。来自一个(或多个)神经细胞510的脉冲刺激所选的神经节细胞520，而该细胞520再依次刺激所选视神经纤维530。
通过结合图1至图5讨论的结构可以提供本发明的诸多优势。更具体地，可以提供电极310与迁移入细胞210的紧接，从而降低刺激细胞210所需的电功率并减少对未选细胞(即，不在与具体电极310相对应的通道120内的细胞)的干扰。刺激细胞210所需的电功率的降低使得组织热减少以及电极310的电化学侵蚀减慢。减少对未选细胞的干扰则可改善空间分辨率。此外，通过膜110使电极310彼此间的良好绝缘，从而也降低了极间干扰。而且神经细胞150向通道120生长或迁移也保持了视网膜130现存的功能。
然而，图1至图5所示的结构并不直接限制通过通道120的细胞生长和/或迁移。在某些情况下，我们已经发现通过通道120的许多细胞生长或迁移会导致形成远离视网膜的大量不受控制的细胞和/或细胞“簇”。这些不受控制的簇的生长会导致相邻簇的熔化，而这会使非期望干扰增加。同样地，电极310的较小表面积会增加电流密度，从而增加电极310处的非期望电化学活动。
图6根据本发明一个实施例示出了防止这些不受控制的视网膜簇形成并提供增加的电极表面积的界面600。在图6的实施例中，第一层610和第二层630形成的膜与图1中膜110类似。通道贯穿第一层610和第二层630两者，其中在第二层630中的通道直径d2大于在第一层610中的直径d1。层610和630的厚度和小于0.5mm。层610的厚度优选地位于约10微米至50微米之间。层630的厚度优选地位于约5微米至50微米之间。放置阻挡层620使得第二层630位于第一层610和阻挡层620之间。示出的阻挡层620具有直径为d3的孔，该孔与通过层610和630的通道相对准。将电极640放置在第一层610面对第二层630的表面上。
层610、620和630可以是基本不导电并且柔韧度足以符合生物神经网络中神经组织形状的任何种类的生物相容性材料。合适的材料包括聚脂薄膜和PDMS(聚二甲基硅氧烷)。
第一层610接近并且面对生物神经网络(图6中未示出)。如图1所示的视网膜130是这一生物神经网络的一个实例。如上结合图2所述，倘若有足够空间，则细胞有生长或迁移入层610中通道的趋势。因此，直径d1应足以允许神经细胞(诸如图1中的150)的迁移，并优选地位于约5微米至50微米之间。
阻挡层620的功能在于防止生长不受控制的视网膜簇通过阻挡层620，同时却允许营养素通过层610和630流入通道内的一个(或多个)细胞。因此，直径d3应该足够小以防止通过阻挡层620的细胞(或细胞突)生长或迁移。优选地，d3应该小于5微米以防止通过阻挡层620的细胞迁移。可选地，阻挡层620可以包括各自直径均小于5微米的数个小孔，其中在层620中的这些孔与第二层630内的通道对准。更具体地，阻挡层620可以是具有大到足以允许营养素流过且小到足以防止细胞通过其而移动的至少一个孔的不渗透膜，或者是允许营养素流过的渗透膜。
因为直径d2大于直径d1，所以可以在通过第二层630的通道内形成视网膜簇。这一视网膜簇的形成并非不受控制，因为该视网膜簇的最大尺寸是由阻挡层620所确定的。事实上，通常希望形成受控视网膜簇，因其能改善界面600对视网膜的机械锚定。
电极640被放置在面对第二层630的第一层610的表面上并且位于贯穿两层的通道内。因为d2大于d1，所以可以使得电极640的表面积大大超过沿着其长度具有均匀通道直径的通道内的电极表面积(例如图3所示)。直径d2的范围优选地位于约10微米至100微米之间。在图6的实例中，电极650被放置在第一层610的顶面上。电极640和650间的外加电压在通过第一层610的通道内提供了电场。
本发明的一个变化是涂覆电极640以进一步增加其表面积并进一步降低电流密度和相关联的导电层电化学侵蚀速率。例如，炭黑具有约1000m2/g的表面积，所以在电极640上涂覆炭黑层可以显著增加其有效表面积。用于该涂层的其他合适材料包括铂黑、氧化铱和氯化银。
可以使用激光技术来形成通道。在图6所示实施例的情况下，首先形成最大的孔(即，通过第二层630的通道)，随后使层630和610相互粘合。接下来使用先前形成的孔用于对准而形成次大孔，然后再将阻挡层620附于第二层630。最后使用先前形成的孔用于对准而形成阻挡层620中的最小孔(如果需要)。还可以使用激光技术形成第一层610上的电极640。例如，第一层610可以具有沉积在层610表面并最终面对第二层630的连续金属薄膜，而对该连续金属薄膜的激光处理可以定义电极640(以及如结合图3所述与这些电极相连的可选导线)。在这些过程中使用的激光处理方法是本领域内已知的。
图7示出了包括按图6形成的界面600(诸如600a、600b、600c等)的若干界面700，用于视网膜内选择性地多点接触。通常将界面700内的界面600排列为二维阵列，其中每个通道对应于该阵列的一个像素。在图7的实施例中，电极650优选地作为所有通道的公共电极。因为主要通过界面600周围的细胞外液进行传导，所以对应于不同阵列单元的电极640间的电阻主要由阻挡层620中的孔直径d3确定。因此，通过对减小极间干扰(通过减少d3)和提供足够营养素流过(通过增加d3)的折衷而确定对d3(或等效地，阻挡层620中的总开口面积)的选择。
图8示出了界面600的作用，其中单细胞820已经迁移入提供第一层610的通道。在实践中，该通道内可以出现多个细胞，虽然理想情况是通道中仅优选地具有单个细胞，因为这样可提供最大的激励选择性。电极640和650之间的电势差创建了如图所示通过细胞820的电场810。电场810刺激细胞820去极化，而所得的信号则如图5所示行进至视网膜的其他部分。
图9示出了作为界面600变体的界面900的作用。在界面900中，电极640和/或绝缘中间层920中途通过第一层610延伸至通道内。图9的实例示出了电极640和中间层920都延伸入通道。因为增加了电极640的阻抗，所以最小通道直径的减小就降低了细胞820兴奋所需的电功率。对接近电极640和中间层920的小开口的部分细胞820去极化。以此方式延伸的电极640还能增加其表面积，从而如所期望的那样减小电极640的电化学侵蚀速率。
图10根据本发明另一个实施例示出了界面1000的作用。在图10的实施例中，第一层1010和第二层1020形成的膜与图1中膜110类似。通道贯穿第一层1010和第二层1020两者，其中在第二层1020中的通道直径大于在第一层1010的直径。层1010和1020的厚度之和小于0.5mm。如图10所示，第二层1020的厚度约为典型细胞尺寸的几倍的数量级，从而为在第二层1020内受控视网膜簇的形成提供空间。层1010的厚度优选地位于约5微米至50微米之间。层1020的厚度优选地位于约5微米至100微米之间。放置阻挡层1030使得第二层1020位于第一层1010和阻挡层1030之间。
阻挡层1030的功能在于防止通过阻挡层1030的视网膜簇不受控制地生长，同时却允许营养素通过层1010和1020流入通道内的一个(或多个)细胞。示出的阻挡层1030具有与通过层1020的通道相对准的若干小孔。可选地，这些小孔的直径都小于5微米以防止细胞通过孔的迁移。可选地，阻挡层1030可如图6所示每个通道具有单个小孔。更具体地，阻挡层1030可以是具有大到足以允许营养素流过且小到足以防止细胞移动经过的至少一个孔的不渗透膜，或者是允许营养素流过的渗透膜。
电极1090被放置在与第二层1020面对的第一层1010的表面上，而另一个电极1080则被放置在远离第二层1020的第一层1010的表面上。在第一层1010内制造感光电路1070(例如，光电二极管、光电晶体管等)，并且该电路与电极1080和1090相连。电极1080最好透光和/或具有允许光穿透到感光电路的图案。电极1080还优选地为所有通道所共有。
图10的实施例提供了与电极1090相连的感光电路1070。因此，最好使用光敏材料制造层1010以允许对感光电路1070的制造(例如，任何种类的化合物半导体，诸如GaAs等)。此外，在此实施例中，可方便地使层1020和1030的材料与层1010的材料的处理技术相容。例如，层1020和1030可以是聚合物(例如，光刻胶)或无机材料(例如，氧化物或氮化物)。优选地经由光刻形成通过层1010和1020的通道(以及通过层1030的孔)，以便能够快速制造具有大量通道的设备。因为上述材料通常不是生物相容的，所以优选使用这些材料制成的本发明实施例的生物钝化。用于这些材料的合适生物钝化技术是本领域内已知的。
在界面1000的操作中，入射至感光电路1070的光在电极1080和1090之间产生电势差。可选地通过放大电路(未示出)提供对感光电路1070信号的电放大以响应于感光电路1070增加在电极1080和1090上的信号。电极1080和1090之间的电势差在通道内提供通过细胞1050的电场1040。由电场1040引起细胞1050的兴奋选择性地激励视网膜如图5所示。
电极1090的电激励可优选地作为双相电脉冲发放。例如，携带双相脉冲1074的电源线1072可以将双相电流脉冲发放给由感光单元1070所控制的刺激电极1090。电流在刺激电极1090间(大致沿着电场线1040)流动并返回电极1080。
图11示出了除了通道电极位置之外皆与图10的实施例相类似的一个可选实施例。在图11的界面1100中，第一层1110和第二层1120形成与图1中膜110类似的膜。通道贯穿第一层1110和第二层1120，其中在第二层1120中通道的直径大于在第一层1110中的通道直径。层1110和1120的厚度之和小于0.5mm。如图11所示，第二层1120的厚度约为典型细胞尺寸的几倍的数量级，从而为在第二层1120内形成受控的视网膜簇提供空间。层1110的厚度优选地位于约5微米至50微米之间。层1120的厚度优选地位于约5微米至100微米之间。放置衬底1130在第二层1120之下并与其相接触。
电极1190被放置在与通过第一层1110和第二层1120的通道相面对的衬底1130的表面上。这样，衬底1130就提供用于通道的端面，并在该端面上放置电极1190。在此实施例中，通常可以形成许多通道，每个通道都具有由衬底1130形成的端面以及在该端面上的对应电极。而另一个电极1180则被放置在远离第二层1120的第一层1110的表面上。在衬底1130内制造感光电路1070(例如，光电二极管、光电晶体管等)，并将其与电极1190相连。电极1180最好透光和/或具有允许光穿透到达感光电路的图案。电极1180还优选地为所有通道所共有。图11的感光实施例的操作与图10的实施例操作类似。界面1100在(例如，通过第一层1110的)通道的狭窄部分提供对细胞(例如，细胞1150)的选择性激励，因为在电极1180和1190之间流过的电流(例如，电流1140)在通道的狭窄部分比在通道的宽阔部分更为集中。
电极1190的电激励可优选地作为双相电脉冲发放。例如，携带双相脉冲1174的电源线1172可以将双相电流脉冲发放给由感光单元1170所控制的刺激电极1190。电流1140可以在刺激电极1190之间流动并返回电极1180。
图11的实施例有利地降低了制造复杂度，因为在由第一层1110和第二层1120形成的膜中无需独立可寻址电路。代替地，在衬底1130中包括独立可寻址电路(即，电极1190以及可任选的感光电路1170)，这样(因为衬底1130没有穿孔)就可使用标准的电子电路制造工艺而有效制造。因为由层1110和层1120形成的膜仅包括(为全部像素所共用的)电极1180，因此就能大大简化该膜的制造。可分开制造膜和衬底1130并在最终的装配步骤中集成。可选地，在按照惯例定义了衬底1130的电路和电极之后，就可在衬底1130顶部光刻制造所述膜。
在某些情况下，封入图11实施例小孔中的细胞会随时间改变其表型(甚至死亡)。另一个非期望的情况是无电活性的细胞可能优先迁移入这些小孔(例如，神经胶质细胞或马氏(Mueller)细胞可能比神经细胞更快地迁移入，以使得这些小孔被无电活性的细胞所占据)。
这些可能性就引出了图12a和12b的实施例。在该方法中，电极被放置在支柱顶端以选择性地电接触神经细胞。更具体地，将支柱1204置于衬底1202之上。优选地，支柱高度在20μm至200μm之间，支柱直径在5μm至25μm之间，而支柱之间横向间距在20μm至100μm之间。将电极(或导电轨迹)1206置于支柱1204上，使得这些电极在支柱1204顶部被暴露给神经细胞1212。然而这些支柱1204的侧部则使用绝缘层1210与细胞1212电绝缘。这些支柱侧部的电绝缘提供了比传统“钉床”电极阵列更为有效的激励选择性。这些电极1206的激励导致接近活性电极的神经细胞1212兴奋。这些兴奋的神经细胞随后就为神经纤维1214提供信号。
可将共用返回电极1208放置在绝缘层1210的顶部。在某些情况下，如图12a所示，返回电极1208并未延伸至支柱1204的侧部。在其他情况下，如图12b所示，返回电极1208′至少部分延伸至支柱1204的侧部。
虽然能把图12a和12b中的界面机械地插入生物神经网络，但应优选地把该界面放置得与神经网络接近，并且允许或诱导神经迁移至支柱之间的位置。图12a和12b中的界面于是就能选择性地接触缓慢迁移(或者根本未迁移)的细胞而不发生由电极界面机械插入所引起的细胞损伤。允许或诱导细胞迁移的合适方法如上所述。
制造图12a和12b实施例的一种方法从使用传统手段制造其内包括电路(例如，电极接合焊盘、可任选的感光电路等等)的衬底1202开始。沉积光刻胶层并形成图案以产生支柱1204。接下来，沉积第一金属层并形成图案以产生与衬底1202相连的电极1206(通常，为电极阵列内的每个像素制造一个电极和连接)。随后，沉积电绝缘体并形成图案以产生绝缘层1210，从而暴露支柱顶部并使界面的所有其他部分基本绝缘。再沉积第二金属层并在绝缘层1210顶上形成图案以产生共用电极1208。另外，可使用导电材料(代替光刻胶)制造支柱1204。
现已根据若干示意性而非限制性的实施例描述了本发明。于是本发明就可在各个细节实现中产生各种变化，而这些变化在本领域普通技术人员阅读了这里包括的说明书之后可轻易导出。
例如，膜上可包括额外的穿孔以辅助和/或确保营养素流过。这些穿孔的直径应该小于通道的直径以避免神经细胞通过这些额外的穿孔迁移(即，簇的形成)，但也应大到足以确保营养素流过。可使用特定的生长因子或表面涂层以确保特定种类的细胞组的迁移，这些细胞例如仅包括双极细胞，甚至只是双极细胞的一个具体类型(例如，“开”或“关”细胞)同样地，界面可包括一些用于刺激的通道或穿孔，而设计其他通道或穿孔用于对神经组织的机械锚定。通常，根据本发明的界面可具有光学活性或不具有光学活性的。在本发明所有实施例中通常优选(但不是必需)双相电脉冲激励。
本发明不限于在视网膜组织下放置界面，因为也可在视网膜组织之上或内部放置界面。界面可用作连接各种神经组织的假体设备，并且不限于视网膜假体或界面。
已经讨论了使用界面电刺激所选神经细胞组的情况，然而也可以使用该界面测量在神经细胞由外部触发/激励而生成的信号，例如由于光刺激而在视网膜细胞中生成的信号。
在对图10的讨论中阐明了用于图10实施例的较佳光刻制造方法。同样也结合图6的实施例讨论了激光工艺。本发明不限于任何一种制造方法。于是对光刻的使用也不限于图10的实施例。类似地，对激光工艺的使用也不限于图6的实施例。
认为所有这些变化都在由所附权利要求及其合法等效物所限定的本发明的范围和精神之内。


提供了用于选择性地激励或感知生物神经网络中神经细胞的一种界面。该界面包括膜，该膜带有多个贯穿该膜的通道。每个通道内部至少有一个电极。生物神经网络内的神经细胞向这些通道生长或迁移，从而与这些电极紧接。一旦有一个或多个神经细胞向一通道生长或迁移，则该通道内电极的外加电压就选择性地激励该通道内的神经细胞。随后将这些神经细胞的兴奋通过与在该通道内被刺激的神经细胞相关联的神经网络(即，细胞和轴突)传输。一种可选界面提供通过衬底上导电支柱阵列的细胞激励。这些支柱具有电绝缘的侧面和暴露的、用于提供选择性细胞激励的顶面。