美国哥伦比亚大学、斯坦福大学这些顶尖团队联手搞出了个大动静。
一款叫BISC的脑机接口设备来了,不是往大脑里“扎针”,而是像贴邮票似的贴在大脑表面,还能无线“读心”。
过去十年的侵入式脑机接口,光想想开颅手术就让人犯怵,这回BISC的出现,怕是要彻底改变这个行业的玩法。
BISC的核心是一块CMOS芯片,厚度才50微米,比头发丝还薄。
本来以为这么薄的芯片功能会打折扣,后来发现它居然集成了65536个微型电极,还有信号供电电路、无线收发器这些全套部件。
体积只有3立方毫米,往大脑表面一贴,几乎不占地方。
最让人惊喜的是它的成本,单片居然能控制在25美元以下。
要知道,CMOS集成电路工艺在医疗微电子领域早就很成熟了,现在应用占比超70%,这也为它低成本量产打下了基础。
对比一下现在主流的脑机接口设备,比如Neuralink初代产品,电极数量也就一千多个,BISC的65536个电极,数据采集精度可不是一个量级。
植入方式更是颠覆想象。
不用像以前那样开颅,神经外科医生只要在头骨上开条细槽,把芯片滑进去贴好就行。
培训一段时间就能上手,不用依赖那种昂贵的专用机器人。
它的体积效率是Neuralink的400倍,超薄设计让身体不容易排斥,而且能跟着大脑一起运动,电极不容易移位,长期用下来更稳定。
无线功能也没落下。
供电用的是磁耦合共振式,和手机无线充电原理类似,但13.56MHz的共振频率让能量传输效率更高。
数据传输用的是脉冲式超宽带技术,108Mbps的速率比蓝牙快了100倍,功耗还不到5毫瓦。
如此看来,无线传输的速度和功耗难题,BISC算是解决得挺到位。
高密度脑机接口有个绕不开的麻烦,就是“功耗-性能-面积”这三者的平衡。
芯片面积就那么点,既要低功耗不损伤神经,又要低噪声能准确采集信号,这事儿让行业内纠结了好久。
BISC用了主动传感、直接耦合加斩波放大的架构,这种设计在给定功耗和噪声条件下,面积效率确实很高。
另外,6万多个电极怎么高效读出数据也是个难题。
研究团队借鉴了图像传感器的设计,用时分复用技术把所有电极接到同一组放大器上,还改成了读出电荷的方式,速度一下就提上来了。
为了验证设计,他们还自己搞了个数模混合通用验证方法学。
本来用传统仿真器得花几个月,有了这个方法学,迭代速度快了不少。
动物实验的结果也很亮眼,猪身上稳定工作了两周,非人灵长类动物身上更是坚持了两个月。
更意外的是,他们还在灵长类视觉皮层观测到了行波信号,这以前可是没手段能捕捉到的。
这一下改变了大家的认知,原来皮层表面信号不只是反映神经元群体的平均活动。
个人觉得,这种技术上的突破,不光是设备性能的提升,更是为神经科学研究打开了一扇新大门。
BISC一开始就瞄准了三个应用方向:脊髓损伤或截肢患者的运动控制、失明患者的视觉恢复,还有耐药性癫痫的治疗。
现在全球大概有5000名患者在用侵入式脑机接口,癫痫治疗的缓解率也就30%左右,BISC的高密度精准调控,说不定能把这个比例提上去不少。
神经性疾病比如抑郁、失语,本质不是某个点出问题,而是整个神经网络活动异常。
BISC能实现高分辨率的记录和刺激,这为个性化治疗提供了可能。
不过,它要真正落地临床,还有个坎要过。
长期稳定性验证是个大问题,材料和封装技术还得再优化。
现在脑机接口人体试验的平均随访周期也就一年,BISC得拿出两年以上的稳定数据才让人放心。
目前这项技术已经授权给了KamptoNeurotech公司,曾南宇博士担任首席技术官。
短期来看,它会先作为科研平台,供神经科学家做研究。
中期就聚焦那些明确的医疗需求,长期来看,它可能成为一个平台化的技术体系。
脑机接口现在正从科研验证往临床可行过渡。
BISC这种低侵入、高密度、低成本还能量产的形态,说不定真能成为行业基础设施。
未来,听障、视障人士可能靠它恢复感官,普通人或许能通过它看见红外光、紫外光,甚至VR不用戴设备就能沉浸式体验。
这些听起来有点科幻,但有了BISC这样的技术突破,谁知道哪一天就实现了呢。
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