中国科研人员突破神经调控芯片技术，推动脑机接口发展
中国天津大学、北京工业大学、天津中医药大学和南方科技大学的研究人员合作设计出一款八通道高压神经刺激集成电路，为脑机接口技术的发展带来了新的突破。 该芯片突破了传统技术瓶颈，实现了高效率、高安全性、低功耗的神经刺激，为未来神经调控和植入式设备的开发奠定了坚实基础。
该研究成果已于 10 月 17 日作为《Neuroelectronics》创刊号的首篇文章发表，并引起了学术界和产业界的广泛关注。
神经调控技术近年来发展迅速，其核心是通过电刺激或其他方式调节神经元活动，从而治疗神经系统疾病或增强认知功能。 脑机接口作为神经调控技术的重要应用方向，近年来也取得了重大进展。然而，现有的神经刺激芯片存在效率低、安全性差、功耗高等问题，阻碍了脑机接口技术的进一步发展。
中国科研人员设计的这款高压神经刺激芯片，采用双相指数波形输出和电荷平衡技术，有效解决了上述问题。
首先，该芯片可实现 30V 高压输出，特别适用于高阻抗电极-组织界面，可为神经刺激提供足够的电荷输送。 这意味着该芯片能够更有效地刺激神经元，提高神经调控的效率。
其次，该芯片采用了创新的主动电荷平衡机制，通过精确控制每个刺激周期内的电荷传递，极大降低了残余电荷的积累风险，达到了每周期仅 0.77% 的残余电荷量。 这有效减少了长时间神经刺激对组织的损伤，保证了患者的安全。
第三，该芯片通过使用指数波形输出代替传统的恒流刺激模式，功率效率提高至 98%，不仅减少了电能消耗，还有效控制了设备在工作过程中的热量散发。 这为未来植入式设备的开发奠定了坚实基础，因为植入式设备需要在有限的体积内实现长时间稳定工作。
此外，该芯片经过体外与体内实验的双重验证。 在体外测试中，与不同的电极-组织界面模型进行了广泛的模拟实验，成功实现了低残余电荷的神经刺激。在体内实验中，通过对大鼠的迷走神经和坐骨神经进行刺激，观察到显著的肌肉收缩效果，证明了其在实际应用中的潜力。
这项研究成果标志着中国在神经调控芯片技术领域取得了重大突破，为脑机接口技术的进一步发展奠定了坚实基础。 未来，该芯片有望应用于治疗帕金森病、癫痫、抑郁症等神经系统疾病，以及增强认知功能、改善运动能力等方面。
除了技术上的突破，该研究也体现了中国科研人员的创新能力和团队合作精神。 相信在未来，中国科研人员将继续在神经调控技术领域取得更多突破，为人类健康和福祉做出更大的贡献。
参考文献:
- Neuroelectronics, DOI:10.55092/neuroelectronics20240001
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