State-of-the-art report: Intergenerational linkages in families

__Abstract__ We present a state-of-the-art of the literature on linkages between generations within families. We focus specifically on intergenerational coresidence, upward and downward intergenerational transfers in families and the relationship between norms of family obligation and intergenerational transfers. An overview of the academic literature on these topics is provided, as well as suggestions for future research

Challenges in QCD matter physics - The Compressed Baryonic Matter experiment at FAIR

Substantial experimental and theoretical efforts worldwide are devoted to explore the phase diagram of strongly interacting matter. At LHC and top RHIC energies, QCD matter is studied at very high temperatures and nearly vanishing net-baryon densities. There is evidence that a Quark-Gluon-Plasma (QGP) was created at experiments at RHIC and LHC. The transition from the QGP back to the hadron gas is found to be a smooth cross over. For larger net-baryon densities and lower temperatures, it is expected that the QCD phase diagram exhibits a rich structure, such as a first-order phase transition between hadronic and partonic matter which terminates in a critical point, or exotic phases like quarkyonic matter. The discovery of these landmarks would be a breakthrough in our understanding of the strong interaction and is therefore in the focus of various high-energy heavy-ion research programs. The Compressed Baryonic Matter (CBM) experiment at FAIR will play a unique role in the exploration of the QCD phase diagram in the region of high net-baryon densities, because it is designed to run at unprecedented interaction rates. High-rate operation is the key prerequisite for high-precision measurements of multi-differential observables and of rare diagnostic probes which are sensitive to the dense phase of the nuclear fireball. The goal of the CBM experiment at SIS100 (sqrt(s_NN) = 2.7 - 4.9 GeV) is to discover fundamental properties of QCD matter: the phase structure at large baryon-chemical potentials (mu_B > 500 MeV), effects of chiral symmetry, and the equation-of-state at high density as it is expected to occur in the core of neutron stars. In this article, we review the motivation for and the physics programme of CBM, including activities before the start of data taking in 2022, in the context of the worldwide efforts to explore high-density QCD matter.Comment: 15 pages, 11 figures. Published in European Physical Journal

Low-power low-area techniques for multichannel recording circuits dedicated to biomedical experiments

This paper presents techniques introduced to minimize both power and silicon area of the multichannel integrated recording circuits dedicated to biomedical experiments. The proposed methods were employed in multichannel integrated circuit fabricated in CMOS 180nm process and were validated with the use of a wide range of measurements. The results show that both a single recording channel and correction blocks occupy about 0.061 mm2 of the area and consume only 8.5 μW of power. The input referred noise is equal to 4.6 μVRMS. With the use of additional digital circuitry, each of the recording channels may be independently configured. The lower cut-off frequency may be set within the range of 0.1 Hz–700 Hz, while the upper cut-off frequency, depending on the recording mode chosen, can be set either to 3 kHz/13 kHz or may be tuned in the 2 Hz–400 Hz range. The described methods were introduced in the 64-channel integrated circuit. The key aspect of the proposed design is the fact that proposed techniques do not limit functionality of the system and do not deteriorate its overall parameters

Multichannel integrated circuit for complex neurobiology experiments

Praca zawiera opis projektu oraz rezultaty pomiarów 8-kanałowego układu scalonego przeznaczonego do rejestracji szerokiej gamy sygnałów neurobiologicznych. Układ został wykonany w submikronowej technologii CMOS 180nm. Pojedynczy kanał pomiarowy jest zasilany napięciem š0.9V, pobiera 11 žW mocy i zajmuje 0.06 mm2 powierzchni. Każdy z torów odczytowych jest wyposażony w cyfrowe rejestry konfiguracyjne pozwalające na niezależną kontrolę wzmocnienia napięciowego czy też dolnej i górnej częstotliwości granicznej. Dzięki tym rejestrom użytkownik ma możliwość ustawienia dolnej częstotliwości granicznej w zakresie 0.3 Hz - 900 Hz zaś górna częstotliwość graniczna może być ustawiona skokowo na wartość 280 Hz lub 9 kHz. Wzmocnienie napięciowe może być ustawione na wartość 260 V/V lub 1000 V/V. Wejściowe szumy napięciowe dla ustawionego pasma częstotliwościowego 1 Hz - 9 kHz wynoszą 5 žVRMS.This paper presents a low noise, low power electronic chip comprising 8-channels of neural recording amplifiers that occupy very small silicon area and are suitable to integrate with multielectrode arrays in cortical implants where power, area and low input referred noise are very severe restrictions. The author analyses the main problems existing in neural recording systems processed in modern submicron technologies and introduces methods allowing avoiding them. There are also presented the design and measurement results of this chip. Each recording channel is equipped with a control register that enables setting the main chip parameters independently in each recording site. Thanks to this functionality, a user is capable to set the lower cut-off frequency in the 0.3 Hz - 900 Hz range, the upper cut-off frequency can be switched either to 280 Hz or 9 kHz, while the voltage gain can be set either to 260 V/V or 1000 V/V. A single recording channel is supplied from š0.9V, consumes only 11 žW of power, and its input referred noise is equal to 5 žV for 1 Hz - 9 kHz bandwidth. The chip parameters presented in this paper make it a good candidate for using in modern multichannel pixel 3-D neurobiology applications

Noise of the recording channel dedicated to the multichannel integrated circuits for neurobiology experiments

W artykule opisano budowę typowego kanału odczytowego wykorzystywanego do rejestracji sygnałów neurobiologicznych. Wskazano główne źródła szumów jakie występują w tego typu układach i zwrócono szczególną uwagę na metody ich minimalizowania. Prowadzona w artykule dyskusja bierze pod uwagę kluczowe parametry wpływające na odniesione do wejścia kanału odczytowego szumy, a mianowicie moc pobieraną przez kanał pomiarowy oraz zajmowaną powierzchnię krzemu. Uwzględnia przy tym typowy kanał odczytowy składający się z przedwzmacniacza napięciowego, układu próbkująco-pamiętającego i przetwornika analogowo-cyfrowego. Pobierana moc oraz zajętość powierzchni są niezmiernie istotne w odniesieniu do budowy wielokanałowego implantowanego układu scalonego przeznaczonego do rejestracji szerokiej gamy sygnałów neurobiologicznych. Artykuł zakończony jest opisem zrealizowanego układu scalonego, którego rozbudowana funkcjonalność pozwala na wykorzystanie go do rejestracji szerokiej gamy sygnałów neurobiologicznych.This paper presents the noise analysis of the main components of the typical recording channel dedicated to neurobiological experiments. Main noise contributors are emphasized and its noise minimization techniques are presented. Noise analysis considers the main recording channel parameters that may be crucial during multichannel recording system design. Authors also present the measurement results of the 8-channel integrated circuit dedicated to recording broad range of the neurobiological signals

Simulation analysis of stimulation circuits for implantable multichannel integrated circuits

W artykule dokonano przeglądu elektronicznych układów stymulacyjnych stosowanych do elektrycznej stymulacji komórek nerwowych. Pod uwagę brane były krytyczne parametry tych bloków w kontekście ich planowanej implementacji w wielokanałowym układzie scalonym. Są to m.in. rozrzuty prądów stymulacyjnych, pobór mocy tych układów, stopień komplikacji układowej czy też zajętość powierzchni krzemu. Przedstawione są podstawowe parametry i wymagania dotyczące układów stymulacyjnych oraz wyniki symulacyjne trzech powszechnie stosowanych architektur zaimplementowanych w technologii CMOS 180nm.The paper presents a review of stimulation circuits dedicated to multichannel implantable electrical stimulation of large population of neuronal cells. We take into account the main requirements of such circuits, i.e. spread of generated stimulation impulses from channel to channel, power and area consumption and architecture complexity. The paper contains analysis of the main problems that may be encountered while designing current sources able to both generating currents in a broad range and satisfying requirements referring to its output resistance, low output voltage, and uniformity of generated currents. Three most popular architectures of current stimulators are taken into consideration: solution with two independently controlled positive and negative currents and two solutions where one of the currents is generated as the copy of the second one. Simulations were carried out with use of the Cadence environment and the CMOS 180nm process was taken into account. The simulation results followed by the conclusions are presented at the end of the paper

Design of 7-bit low-power , low area A/D converter in submicron process for multichannel systems

W artykule został przedstawiony projekt przetwornika analogowo-cyfrowego w technologii CMOS 180nm. Wybraną architekturą jest przetwornik kompensacyjny z równoważeniem ładunku. Duży nacisk został położony na zmniejszenie zajmowanej powierzchni jak i minimalizację poboru mocy, co czyni prezentowany układ odpowiednim do zastosowań wielokanałowych. Autorzy prezentują wyniki symulacji Monte-Carlo nieliniowości charakterystyki przejściowej. Zaprezentowany przetwornik osiąga szybkość konwersji 3 MS/s przy rozdzielczości 7 bitów i poborze mocy 77 μW oraz zajmuje tylko 90 x 95 μm2.The design of analog-to-digital converter implemented in CMOS 180 nm technology has been presented in this paper. The successive approximation architecture with charge redistribution has been chosen. Much emphasis was placed on limiting the area occupancy of the whole chip so as its power consumption, which makes the described circuit suitable for multichannel applications. The presented converter achieves 3 MS/s sampling rate with 7-bit resolution at 77 μW and occupies only 90 x 95 μm2

64 Channel ASIC for Neurobiology Experiments

This paper presents the design and measurements of 64 channel Application Specific Integrated Circuits (ASIC) for recording signals in neurobiology experiments. The ASIC is designed in 180 nm technology and operates with ± 0.9 V supply voltage. Single readout channel is built of AC coupling circuit at the input and two amplifier stages. In order to reduce the number of output lines, the 64 analogue signals from readout channels are multiplexed to a single output by an analogue multiplexer. The gain of the single channel can be set either to 350 V/V or 700 V/V. The low and the high cut-off frequencies can be tuned in 9 ÷ 90 Hz and in the 1.6 ÷ 24 kHz range respectively. The input referred noise is 7 µV rms in the bandwidth 90 Hz - 1.6 kHz and 9 µ V rms in the bandwidth 9 Hz - 24 kHz. The single channel consumes 200 µW of power and this together with other parameters make the chip suitable for recording neurobiology signals

Measuring system for in vivo multichannel neural signals recording

W pracy opisano system przeznaczony do rejestracji sygnałów neuronowych mózgu zwierzęcia znajdującego się pod narkozą. System pozwala na jednoczesny pomiar sygnałów z 64 kanałów za pośrednictwem ostrzowej matrycy elektrod. Składa się on z dedykowanego układu scalonego do wzmacniania i filtracji sygnałów, układów zasilających oraz układu kontrolnego. Do akwizycji danych wykorzystywany jest komputer typu PXI (ang. Peripheral Component Interconnect eXtensions for Instrumentation). Wstępne testy przeprowadzone przy pomocy sygnałów imitujących potencjały czynnościowe podanych za pośrednictwem elektrod i płynu fizjologicznego potwierdzają poprawne działanie systemu.This paper describes a system for recording neural signals from the brain of the animal under anesthesia. The system allows for simultaneous measurement of signals from 64 points by means of penetrating microelectrode matrix. It consists of dedicate integrated circuit for signal amplification and filtering, power supply module and control module. Dedicated data acquisition is peiformed using PXI (Peripheral Component Interconnect eXtensions for Instrumentation) computer and a custom application. Preliminary tests conducted with action potentials simulating signals provided through the electrodes and saline show that the system operates properly

A system for in vitro multichannel recording of field and action potentials using planar array of microelectrodes

Jednoczesna wielopunktowa rejestracja potencjałów czynnościowych i polowych jest kluczem do zrozumienia mechanizmów działania mózgu [1]. Postęp w technologiach mikroobróbki oraz produkcji układów scalonych o dużym stopniu integracji pozwoliły na budowę systemów umożliwiających rejestrację aktywności mózgu z kilkuset punktów. W pracy zaprezentowano system pomiarowy do rejestracji in vitro sygnałów neuronowych przy pomocy płaskiej matrycy elektrod ostrzowych o rozmiarze 16 na 16 elektrod.Simultaneous multi-point recording of activity of living neural networks is the key to understanding the mechanisms of the brain operation [1]. Advances in micromachining technology and production of integrated circuits with a high degree of integration made it possible to build systems capable of recording brain activity of electrode arrays containing up to several hundred points [2]. Neural signal recording methods can be divided into in vivo and in vitro. In vivo method consists in introducing the electrode into the brain through a hole in the skull The animal under anesthesia may be mounted in the holder (acute neural recording) or canmove freely (chronic neural recording). In the in vitro method previously extracted piece of brain tissue is arranged on a matrix of electrodes (Fig. 2) placed in a container of liquid with a suitable composition and temperature. The in vitro method allows direct injection of chemicals and is more accurate than the method for in vivo determination of the signal origin. The paper presents a system for in vitro recording of neural signals by using a planar array of 256 electrodes (16x16). The system consists of a life-support system (temperature, nutrient fluid) (Fig. 3) and a recording system. The recording system is based on a specially designed integrated circuit fabricated in CMOS 0.18 žm technology [4]. Initial tests confirmed that the system is capable of recording both field and action potentials