一款由可穿戴中继器供电的柔性脑植入设备配资网之家。
来自哥伦比亚大学、纽约长老会医院、斯坦福大学和宾夕法尼亚大学的研究人员日前公布了一种新型脑机接口（BCI）平台，该平台有望显著拓展神经治疗和人机交互的可能性。这款名为“皮层生物接口系统”（BISC）的系统，核心是一片超薄单芯片植入体，能以空前速率无线传输神经数据，同时所占空间远小于当前医疗级脑机接口设备。
据《自然·电子学》杂志描述，该设备设计用于支持从癫痫管理到帮助瘫痪、肌萎缩侧索硬化症、中风或失明患者恢复运动、语言及视觉功能等多种应用。研究人员表示，这项研究旨在建立一条与大脑直接双向通信的微创高通量链路。
单芯片脑机接口实现高通量神经数据传输
传统脑机接口依赖于微电子元件、放大器、数据转换器、射频模块和电源电路的集合体，这些系统通常封装在植入颅骨或身体其他部位的笨重罐体中。BISC系统则用一片厚度仅50微米的互补金属氧化物半导体（CMOS）集成电路取代了整个组件。
作为资深作者之一的哥伦比亚大学电气工程、生物医学工程和神经科学教授肯·谢泼德表示，这款柔性芯片总体积约3立方毫米，置于大脑皮层表面时“如同湿纸巾般柔软贴合”。这款微创皮层脑电图（µECoG）植入体集成了65,536个电极、1,024个记录通道和16,384个刺激通道。
所有信号采集、数据转换、无线通信和电源管理功能均在同一硅片上完成。谢泼德在新闻稿中指出：“通过将所有功能集成在单芯片上，我们展示了脑接口设备如何变得更小、更安全且性能大幅提升。”
芯片通过可定制的超宽带无线链路（吞吐量达100Mbps）与小型电池供电的可穿戴“中继站”通信，由中继站为植入体无线供电并传输数据。其传输速率比直接可比的无线程脑接口高100倍以上。中继站同时具备Wi-Fi功能，可在大脑与任何外部计算机之间建立无缝网络连接。
斯坦福大学谜题项目的资深共同通讯作者兼联合创始主任安德烈亚斯·S·托利亚斯认为，该平台“将大脑皮层表面转化为高效门户，实现与人工智能及外部设备的高带宽、微创读写通信”。他补充说，其可扩展性有望为神经性和神经精神疾病开发自适应神经假体及脑-AI接口。
迈向临床应用
早期手术评估表明，该设备可通过微创颅骨切口植入，并滑入大脑表面，无需穿透组织或使用导线将植入体固定在骨头上。
哥伦比亚大学神经外科医生、项目临床负责人之一布雷特·扬格曼指出，这种方法能最大限度减少组织反应性并提升长期信号质量。他表示：“这种高分辨率、高数据吞吐量的设备有望彻底改变从癫痫到瘫痪等神经疾病的治疗模式。”
扬格曼、谢泼德与癫痫神经学家凯瑟琳·谢冯已获得美国国立卫生研究院资助，将探索BISC系统在耐药性癫痫治疗中的应用。扬格曼强调：“有效脑机接口设备的关键在于最大化与大脑的信息交互，同时将设备侵入性降至最低……BISC在这两方面都超越了现有技术。”
该设备在运动和视觉皮层的临床前研究与斯坦福大学的托利亚斯及宾夕法尼亚大学的比詹·佩萨兰合作完成。佩萨兰称赞BISC的“极致微型化”为未来植入技术奠定了激动人心的基础，这些技术未来还可能通过光或声等模式与大脑交互。
推向实际应用
为推进技术走出实验室，哥伦比亚大学和斯坦福大学团队联合创立了衍生公司“坎普托神经科技”，正开发用于科研的商业版芯片并推进临床转化。项目首席工程师兼公司创始人曾楠宇表示，BISC代表着“构建脑机接口设备的根本性革新”，其性能“比竞争系统高出数个数量级”。
该项目获得美国国防部高级研究计划局“神经工程系统设计计划”支持，融合了微电子学、计算神经科学和神经外科技术的最新进展。谢泼德指出，更宏伟的目标是迎接“大脑与AI系统无缝交互的未来——不仅服务于研究，更为人类福祉带来变革”，这将彻底改变神经疾病治疗方式及人机交互模式。
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