项目简介
N3计划开发的神经接口技术能够提供的集成设备但无需手术植入，能在50毫秒内对16立方毫米神经组织内的16个独立通道进行读写，且具备相应精度。每个通道都能与大脑的亚毫米区域进行特定交互，其空间和时间特异性可与现有的侵入性方法相媲美。单个设备可以组合使用，从而能够同时与大脑的多个部位进行接口连接。
@IEEE Spectrum
N3项目将至少在2023年之前提供资金，分为三个连续阶段：一年的基础工作阶段，主要验证非侵入性技术可行性，实现通过颅骨读取（记录）和写入（刺激）脑组织的能力；两个18个月的可选阶段，开发原型设备并在动物模型上测试，重点优化信号分辨率和系统稳定性；或者在人体上进行安全性和有效性测试，最终演示双向系统在国防任务中的应用（如无人机控制、网络防御等）；原计划于2022年5月完成，部分子项目因技术复杂性延长至2023年完成（如Battelle的BrainStorms项目）。
DARPA始终实际掌控复杂的神经技术，这些技术依靠外科植入电极与中枢或周围神经系统进行交互。在N3项目之前，该机构就已取得多项成就，例如通过神经控制假肢、为假肢使用者恢复触觉、缓解抑郁症等难以治疗的神经精神疾病，以及改善记忆的形成和回忆。由于手术本身存在风险，这些技术迄今为止仅局限于有临床需求的志愿者使用。
@DARPA
DARPA这次的N3项目要求研究团队聚焦在两个方向：完全无创的接口，即完全在体外使用的接口，理想的技术指标是“能够从1立方毫米的脑组织中读取信号并向其中写入信息，且整个过程需在10毫秒内完成”；或者“微侵入性”接口系统，DARPA不希望其新的脑部技术需要哪怕一个微小的切口，微侵入性技术可能以注射、药片甚至鼻喷雾剂的形式进入人体，其中包括纳米传感器，这些传感器可通过非手术方式暂时植入大脑，以提高信号分辨率。研究团队概况如下：
巴特尔（Battelle）团队
由首席研究员Gaurav Sharma博士领导，旨在研发一种微侵入性接口系统，该系统将外部收发器与电磁纳米传感器配对，这些纳米传感器通过非手术方式植入目标神经元。纳米传感器会将神经元的电信号转换为磁信号，供外部收发器记录和处理，反之亦然，从而实现双向通信。
一种新型纳米传感器可通过注射暂时植入体内，然后被引导至大脑的特定区域，通过与头盔式收发器通信来协助完成任务。@Battlle
这项名为BrainSTORMS（Brain System to Transmit Or Receive Magnetoelectric Signals）技术的优势是任务完成后，纳米传感器可通过磁引导离开大脑进入血液排出体外，属于低风险、低侵入性技术。
巴特尔研究所是全球最大的独立非营利应用科学与技术组织，其旗下的神经技术团队致力于神经科学与工程学的交叉领域，研发新型设备，帮助人们克服毁灭性的神经损伤和疾病。在N3项目之前，Battelle 的NeuroLife技术已帮助四肢瘫痪者通过脑控技术重新活动手部，目前该技术主要用于帮助残疾人，需通过侵入性植入手术实现。
NeuroLife @Battelle
卡内基梅隆大学团队
由首席研究员Pulkit Grover博士领导，计划研发一种完全无创的设备，该设备采用声光方法记录大脑活动，并利用干扰电场对特定神经元进行信息输入。该团队将使用超声波引导光进出大脑，以检测神经活动。该团队的信息输入方法利用神经元对电场的非线性响应，实现对特定细胞类型的局部刺激。
具体技术上，研究团队通过感知部分结合超声光聚焦与近红外光传感技术，集成于可穿戴 “帽子”；刺激部分采用新型电流波形和电极贴片，借助柔性可穿戴设备设计抵消组织色散效应，实现针对性局部刺激。该项目有望助力癫痫等神经系统疾病的精准诊断，并推动精准神经刺激治疗惠及更广泛人群。
利用高密度电极阵列对脉冲电场进行空间塑形的聚焦性颅顶脑刺激 @Advanced Science
约翰·霍普金斯大学应用物理实验室团队
由首席研究员David Blodgett博士领导，致力于研发一种完全无创的相干光学系统，用于记录大脑活动。项目期间，David Blodgett团队与约翰・霍普金斯医学院合作，研究开发了一种全视野数字全息成像（DHI）系统，首次实现了对体内群体水平神经元活动相关组织变形的非侵入性记录，包括透过颅骨的记录。该系统灵敏度达纳米级，通过激光主动照射组织，并在特殊相机上记录从神经组织散射的光，经处理形成组织的复杂图像，可精确记录幅度和相位信息，以空间分辨脑组织速度的变化。
数字全息成像系统，用于识别并验证该信号是神经活动过程中发生的组织变形 @Johns Hoppins APL
除了为非侵入性脑机接口提供基础，该系统还能记录生理信号，为个人健康提供洞察，例如能够非侵入性地记录颅内压，有助于临床医生无需侵入性方法监测脑健康，对创伤性脑损伤等情况的治疗监测有重要意义。
数字全息成像（DHI）系统、图像重建与速度计算概述 @nature
帕洛阿尔托研究中心（PARC）团队
由首席研究员Krishnan Thyagarajan博士领导，旨在研发一种完全无创的声磁设备，用于向大脑输入信息。他们的方法将超声波与磁场结合，产生局部电流以进行神经调节。这种混合方法有望实现对大脑深处的局部神经调节。
Krishnan致力于超材料、超表面、量子纳米光子学的研究，并创下了世界首个阿焦级等离子体光调制器的纪录。已发表40多篇论文，拥有25项专利。Krishnan领导着跨学科的传感器、设备与系统（SDS）小组，力求拓展的领域包括智能传感器、能源与材料供应韧性、以患者为中心的诊断技术、硬件安全（经典与量子领域）以及可扩展的光电子制造技术。
神经技术的未来-预测及其潜在的社会影响 @frontiers
专利：非侵入神经接口 @US Patent
莱斯大学团队
由首席研究员Jacob Robinson博士领导，计划研发一种微侵入性的双向系统，用于记录大脑活动和向大脑输入信息。在记录功能方面，该接口将使用扩散光学断层扫描技术，通过测量神经组织中的光散射来推断神经活动。为了实现信息输入功能，该团队将采用磁遗传学方法，使神经元对磁场敏感。
Jacob Robinson是莱斯大学电气与计算机工程及生物工程学教授，他的研究团队致力于开发微型技术，以操控和监测生理机能及神经回路活动。除学术工作外，罗宾逊博士还是Motif Neurotech公司的联合创始人兼首席执行官，该公司正在开发一种用于治疗心理健康障碍的治疗性脑机接口。
微型植入式生物电子设备的无线电能传输技术 @Advanced Healthcare Materials
在该项目的相关研究成果中，Robinson团队还研发一种具有机械柔韧性的可植入神经接口，结合了新兴的光学功能成像与光遗传学，将二者设计到单个可植入设备中，可实现全光学神经探测，适用于自由活动动物研究。可植入表面设备采用无透镜计算成像和新型封装方案，具有超薄（250μm厚）、机械柔性的特点。（A Mechanically Flexible, Implantable Neural Interface for Computational Imaging and Optogenetic Stimulation Over 5.4×5.4mm2 FoV）
Teledyne团队
由首席研究员Patrick Connolly博士领导的，旨在研发一种完全无创的集成设备，该设备使用微型光泵磁力计来检测与神经活动相关的微小局部磁场。该团队将使用聚焦超声波向神经元输入信息。
Patrick Connolly是 Teledyne Scientific & Imaging（位于美国加州千橡市）的研究人员，专注于神经技术、决策机制、眼动追踪及图像处理领域。他在神经科学相关等期刊发表多篇论文，研究方向包括不确定性调制的终身学习算法、视觉搜索中的脑电信号分析等。
在该项目的一项成果中，介绍了一项利用电容式微机械超声换能器（CMUT）相控阵系统激活灵长类动物额叶眼区的研究。CMUT利用波束形成将数千个阵列元素的声波聚焦到大脑中的单个位置，刺激立即引起局部场电位（LFP）信号的变化，这种变化持续到刺激结束。该研究提供了一种在行为任务执行过程中进行非侵入性刺激的新方法。借助大量换能器实现刺激模式和目标的引导能力，非侵入性刺激在未来的临床和研究应用中将得到极大改进。
使用CMUT相控阵系统激活灵长类动物的额叶眼区 @Journal of Neuroscience Methods
总结
综上，N3项目通过军用需求推动了神经技术的发展，最终在纳米技术、聚焦超声、光磁神经调控和AI算法等领域实现技术创新，在双向脑机接口/神经技术领域取得突破性进展，部分军事应用已从概念验证走向实战测试。其核心聚焦于美国国防需求，提升主动防御和协同作战能力；通过实时神经反馈优化士兵的多任务处理能力，适应快节奏作战环境；技术成熟后可转化为民用的医疗技术，例如为瘫痪患者提供非侵入性康复支持。这一技术推动模式或许能够为我们的脑机接口/神经技术发展带来启发或者新的见解。
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参考：
https://biodefenseresearch.org/darpas-n3-the-future-of-non-surgical-brain-interfaces/
https://www.darpa.mil/news/2019/nonsurgical-brain-machine-interfaces
https://www.army-technology.com/news/darpa-injectable-brain-control-technology/?cf-view
https://www.medicaldesignbriefs.com/component/content/article/34496-battelle-to-develop-injectable-bi-directional-brain-computer-interface
https://www.battelle.org/markets/health/medical-devices/neurotechnology/neurolife
https://engineering.cmu.edu/news-events/news/2019/05/20-darpa.html
https://users.ece.cmu.edu/~pgrover/
https://www.jhuapl.edu/news/news-releases/241114-noninvasive-brain-computer-interface
https://doi.org/10.1038/s41598-024-70876-8
https://www.sri.com/people/krishnan-thyagarajan/
https://doi.org/10.3389/fnins.2021.658930
https://www.robinsonlab.com/jacob-t-robinson
https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2023.110009
