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研究人员已经开发出一种无线供电的芯片，可以通过手术植入来读取神经信号，并用光和电流刺激大脑。这项技术已经在老鼠身上成功展示，并被设计用作研究工具。
“我们的目标是创造一种研究工具，可以用来帮助我们更好地理解大脑不同区域的行为，特别是对各种形式的神经刺激的反应，”姚姚说，北卡罗莱纳州立大学电子与计算机工程助理教授。“这一工具将帮助我们回答基本问题，从而为解决阿尔茨海默病或帕金森病等神经疾病铺平道路。”
这项新技术有两个特点，使它有别于以前的技术状态。
首先，它是完全无线的。研究人员可以利用电磁场为集成了功率接收线圈的5×3 mm2芯片供电。例如，在研究人员对实验室老鼠进行的测试中，电磁场围绕着每只老鼠的笼子——所以无论老鼠在做什么，设备都是完全供电的。该芯片还能无线发送和接收信息。
第二个特点是该芯片是三模态的，这意味着它可以执行三种任务。
目前最先进的这种神经接口芯片可以做两件事:通过检测大脑目标区域的电变化，读取这些区域的神经信号;他们可以通过在脑组织中引入小电流来刺激大脑。
这种新型芯片可以做这两件事，但它也可以将光线照射到脑组织上——这一功能被称为光学刺激。但要让光刺激起作用，你必须首先对目标神经元进行基因改造，让它们对特定波长的光做出反应。
“当你使用电刺激时，你几乎无法控制电流的去向，”贾说。“但有了光学刺激，你可以精确得多，因为你只修改了那些你想要瞄准的神经元，使它们对光敏感。这是神经科学中一个活跃的研究领域，但该领域缺乏前进所需要的电子工具。这就是这项工作的意义所在。”
换句话说，通过帮助研究人员(字面上)照亮神经组织，这种新芯片将帮助他们(形象地)照亮大脑的工作原理。
纸”,一种三模态无线植入神经接口片上系统发表在杂志上《IEEE生物医学电路与系统汇刊．该论文的合著者是伍斯特理工学院的Ulkuhan Guler;佐治亚理工学院赖艳鹏;密歇根州立大学的龚燕、亚瑟·韦伯和李文;以及仿生科学公司的Maysam Ghovanloo。
这项研究得到了美国国家科学基金会(NSF) 2024486号拨款的支持。这项工作也得到了北卡罗来纳州nsf资助的ASSIST中心的支持，拨款为EEC-1160483。ASSIST中心的使命是创造能够长期进行多模态传感的自供电可穿戴设备，而无需更换或充电电池。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
一种三模态无线植入神经接口片上系统
作者:北卡罗莱纳州立大学贾瑶瑶;乌尔库汉·古勒，伍斯特理工学院;赖艳鹏，佐治亚理工学院;密歇根州立大学;以及仿生科学公司的Maysam Ghovanloo。
发表: 11月16日,《IEEE生物医学电路与系统汇刊
DOI: 10.1109 / TBCAS.2020.3037452
文摘:一种无线无电池三模态神经接口片上系统(SoC)，能够16通道的神经记录，8通道的电刺激和16通道的光刺激，全部集成在一个53平方毫米的芯片上，采用0.35米标准CMOS工艺制造。三模态SoC设计为感应供电和通信。下行数据遥测利用功率载波的开关键控脉冲位置调制(OOK-PPM)以50kbps的速度发送配置和控制命令。模拟前端(AFE)提供55-70 dB的可调中频增益，1-100 Hz/10 kHz的低/高截止频率，以及1 Hz-50 kHz频段内3.46 Vrms的输入参考噪声。AFE每双通道输出由50 k / s 10位数字化SAR-ADC,和多路复用在一起形成一个6.78 Mbps的数据流被书调制发送一个434 MHz射频载波通过功率放大器(PA)和6厘米单极天线,形成上行数据遥测。光刺激具有基于开关电容的刺激(SCS)架构，可依次为4个存储电容组充电至4 V，并在选定的led中按需以高达24.8 mA的瞬时电流水平放电。电刺激由4个独立驱动的刺激点支持，在(25-775)A范围内的5位可控电流水平，同时有源/无源电荷平衡电路确保安全性。对4只麻醉大鼠进行体内实验，验证三模态SoC的功能。
