目前的脑机接口通常依赖于体积较大的电子元件，这些元件被放置在植入颅骨或胸部的容器中，并通过导线与大脑相连。这些设计增加了手术的复杂性和组织损伤的风险，但两者之间存在权衡：侵入性与质量之间的权衡。 “在电生理学中，记录设备的侵入性与所采集神经信号的时空分辨率和信噪比之间存在着根本性的权衡，”作者写道。
BISC采用了一种不同的方法：一块厚度仅为50微米的单片硅芯片，可以“滑入大脑和颅骨之间的空间，像一张湿纸巾一样贴合在大脑上，”资深作者、哥伦比亚大学劳氏家族电子工程教授肯·谢泼德博士说道。“半导体技术使这一切成为可能，让原本占据整个房间大小的计算机的计算能力如今可以装进口袋，”他补充道。“我们现在正在将同样的技术应用于医疗植入设备，使复杂的电子元件能够存在于体内，同时几乎不占用任何空间。”
植入体的结构。(a) 植入体上各模块的功能示意图。(b) 横截面和电极的扫描电镜图像。(c) 显示植入体功能电路元件的芯片照片。(d) 植入体的叠层结构。
该芯片集成了65,536个电极和1,024个同步记录通道，以及无线供电和数据遥测功能——所有这些都集成在单个基板上。“这是一种构建脑机接口（BCI）设备的根本不同的方法，”共同作者曾南宇博士说道。
在猪和非人灵长类动物身上进行的临床前研究表明，该技术能够从运动皮层、感觉皮层和视觉皮层获得持续数周至数月的可靠慢性记录。这些实验解码了诸如刺激方向和腕部速度特征预测等复杂模式。“有效脑机接口设备的关键在于最大限度地提高大脑与大脑之间的信息流动，同时尽可能减少手术植入的创伤，”首席临床合作者、哥伦比亚大学神经外科医生Brett Youngerman医学博士表示。Youngerman及其同事近期获得了美国国立卫生研究院（NIH）的资助，用于探索BISC在药物难治性癫痫治疗中的应用，凸显了其潜在的临床价值。
中继站架构。(a) 中继站各模块功能图。(b) 中继站及布线照片。(c) HDMI接口引脚图。(d) 功率放大器板。(e) 收发器板，包含Teensy 4.1。(f) UWB天线板。(g) 线圈板。
除了治疗之外，这项技术最终可能会拓展其应用范围。“BISC将皮层表面转化为一个有效的门户，实现与人工智能和外部设备之间高带宽、微创的读写通信，”斯坦福大学拜尔斯眼科研究所教授Andreas Tolias博士说道。 “其单芯片可扩展性为自适应神经假体和脑-人工智能接口铺平了道路，有望用于治疗多种神经精神疾病，例如癫痫。”
研究人员表示，针对短期非手术记录的人体研究已经展开。“通过将超高分辨率神经记录与全无线操作相结合，并结合先进的解码和刺激算法，我们正朝着大脑和人工智能系统能够无缝交互的未来迈进——这不仅用于研究，更造福人类，”谢泼德说道。“这可能会改变我们治疗脑部疾病的方式、我们与机器交互的方式，以及最终人类与人工智能互动的方式。”
仅用于学术分享，若侵权请留言，即时删侵！
