2021年，掌上电脑先驱、美国神经科学家杰夫・霍金斯（Jeff Hawkins）在《千脑智能》一书中提出“千脑智能理论”。他认为，大脑新皮质约由16万个皮质柱组成，每个皮质柱都是半独立的学习单元，借助类似地图的“参考系”并行建立关于世界的模型；同一事物的知识分散在成千上万个模型中，再通过柱群之间的“投票”达成共识。智能并不来自某个中央处理器，而是源于大量分布式单元的网络协同。
这一洞见正越过理论边界，走进脑机接口的工程世界。既然大脑本身就是由成千上万独立单元协同而成的网络，那么读取和写入大脑的器件，或许也应当抛弃“一整块电极”的思路，化为同样数量庞大、彼此独立的微型节点。近日，韩国大邱庆北科学技术院、高丽大学与美国布朗大学等机构在期刊《Frontiers in Neuroscience》发表的一篇综述，给出的正是这样一张工程蓝图。
用于展示在大脑皮层布设由微芯片传感器与刺激器构成无线网络这一构想的概念示意图。
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研究团队提出下一代脑机接口的新路线：把数以千计沙粒大小的自主硅微芯片散布到大脑皮层表面，像微型基站一样组成无线网络，既能感知神经元的电信号，也能向神经元发送刺激脉冲。
脑机接口技术已让瘫痪患者用意念控制光标、操作机械假肢。目前主流的犹他电极阵、密歇根探针等刚性器件遇到临床扩展瓶颈：导线穿过颅骨、手术复杂，尺寸固定。研究者曾在非人灵长类动物脑中植入多达16个皮层内电极阵列，在约1平方厘米皮层上覆盖约1000个记录与刺激通道。
要把通道数从数千提升到上万，单靠整体式器件难以实现。
科学家们提出“化整为零”：不再使用一整块固定电极阵列，而是制造一批彼此独立的微型芯片，每枚都是完整的传感器或刺激器，内部集成电源、放大与通信电路。芯片尺寸约100微米，体积约0.001立方毫米，千枚芯片加起来对脑组织的总体积占用也仅约1立方毫米。这类被称作“神经颗粒（Neurograin）”的器件可在皮层表面任意排列，把手术创伤降到最低。
向体内芯片供电并回传数据是无线方案的核心。论文比较了三种能量途径：
左：用于调制射频神经数据射频反向散射的简易开关电路；典型 “神经颗粒” 的尺寸（约 300 微米 ×300 微米 ×100 微米）
研究团队的“神经颗粒”系统采用射频路线，以65纳米低功耗工艺制造。皮层外的中继线圈相当于手机基站，以电磁感应方式为芯片供电并下发指令；记录数据上行速率达每秒10兆比特，刺激指令下行速率为每秒1兆比特。芯片整流电路在负10分贝毫瓦输入下整流效率最高达48.5%。三层谐振线圈方案在满足人体1.6瓦每千克比吸收率安全限值的同时，可实现每平方厘米多达250枚芯片的供电密度。
成千上万枚芯片同时回传信号，如何避免拥堵？团队借鉴了神经元锋电位发放稀疏这一事实，设计出“异步稀疏双相识别传输”事件驱动协议。每枚芯片出厂时由物理不可克隆函数获得唯一的511位黄金码地址，只在检测到神经脉冲时发送带地址的短信号。仿真表明，网络可扩展至2500枚芯片，平均错误率维持在千分之一量级，足以覆盖临床场景所需的约800个节点。
在刺激方向，芯片把捕获的射频能量转换为双相电流脉冲注入组织，脉宽约100微秒，典型频率约100Hz，占空比仅约百分之一，有利于降低发热。团队开发的“菊链（daisy-chain）”协议可在3毫秒内为上千枚芯片完成空间时序刺激配置，并曾用24枚刺激器在体外演示拼出"BROWN"字样的时空图案。在大鼠活体实验中，6枚芯片被植入运动皮层，大鼠在三个月内自由活动，400Hz刺激成功诱发胡须运动。
无线刺激器网络在生理盐水环境及大鼠急性在体模型中的模式刺激演示
研究指出，融合低功耗、稀疏事件驱动的神经形态计算与解码，以及完全植入的无线脑机接口，有望为感觉与运动神经假肢提供更轻便的系统、帮助严重残障患者提高生活质量。
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如果说皮质柱是亿万年进化的作品，那么神经颗粒就是人类主动按照“大脑的语法”搭建的接口。
霍金斯曾说，人类不是靠模仿鸟类，而是靠理解空气动力学才飞上天空。千脑智能理论为智能给出了“分布式”的答案，神经颗粒网络则为触摸大脑提供了“分布式”的工具。当沙粒大小的芯片与数以万计的皮质柱在同一张网络中对话，被修复的或许不只是丢失的运动与感觉，还有我们对大脑本身的理解。
