在現代神經科學研究的迅速發展中，如何高效、準确地進行神經信号的傳輸與調控已經成為科學家們面臨的重要課題。近期，學院秦倫明老師與中國科學院上海微系統與信息技術研究所的孫鎏炀老師合作在《Micromachines》期刊上發布了一項具有裡程碑意義的研究：一種支持雙模傳輸的無線雙向腦機接口芯片系統，該項研究不僅突破了傳統腦機接口的技術瓶頸，也為未來的神經科學研究和臨床應用開辟了新的前景。該研究成果被選為2024年11月的封面文章，顯示了其在學術科研上的重要性。
一、無線雙向腦機接口芯片系統的基本構成與創新特點
該無線腦機接口芯片系統采用堆疊式結構，模塊化設計包括主闆、電池模塊和信号采集子闆，整體重量僅為6.2克，尺寸為18mm×26.4mm×15mm。其主闆使用了性能出色的ESP32C3芯片，具備雙模無線通信能力，可以靈活切換低功耗藍牙與高采樣率的Wi-Fi信号傳輸。在信号采集方面，子闆搭載的RHS2116芯片支持16通道高保真信号采集，能夠最大幅值達到2.55mA的雙相電流刺激，從而更好地适應多樣化的神經信号采集與調控應用需求。
系統中的磁控開關設計則提供了便捷的無線開關操作方式，提升了使用體驗，為科研人員在實驗中的操作便利性提供了保障。
二、無線信号傳輸能力的驗證
根據研究團隊的實驗，系統在不同模式下信号傳輸性能的表現大大優于傳統設備。在無線信号采集功能測試中，實驗驗證顯示在藍牙模式下能夠記錄低頻正弦波（10–50Hz），而Wi-Fi模式下則能捕獲高頻信号（500–2000Hz）。測試結果表明，無論是記錄信号的波形還是頻率，均與标準信号保持高度一緻，充分體現了其高保真的信号傳輸能力，這在很多神經科學領域如癫痫和帕金森病的研究中都是極為重要的。
此外，在無線電刺激功能方面，系統可輸出不同幅度和寬度的電流脈沖，實驗結果表明測得的電壓幅值與刺激電流呈良好的線性關系，證明了其在神經調控場景中的可靠性與精準性。
無線腦機芯片系統
三、廣泛的應用潛力
基于該無線腦機接口芯片系統，研究團隊成功實現了在小鼠體内的神經信号雙模檢測。系統通過藍牙模式穩定記錄低頻局部場電位，并通過Wi-Fi模式精确捕獲單神經元的動作電位，展示了在體内神經監測中的高效性與靈活性。這一能力對提升臨床診斷精度和科學研究的有效性具有重要意義。
四、技術展望與未來挑戰
盡管該無線腦機接口芯片系統在尺寸、重量、通道數和信号采集精度等方面表現優異，但研究團隊認為還有進一步的優化空間。未來的研究方向包括降低功耗、減小體積與重量、改善設備封裝，同時開發移動端或網頁端的實時控制接口，這将有效提升産品的便捷性和廣泛适應性。
總結而言，這一新型的無線雙向腦機接口芯片系統不僅是技術上的重大突破，更是神經科學研究與腦疾病診療領域的一個重要裡程碑。它的成功應用将為未來更多的臨床研究與神經科學實驗提供可靠、高效的平台，并展現出廣泛的應用前景和巨大的發展潛力。利用人工智能技術支持，諸如簡單AI等工具也将在這一領域的概念驗證、數據分析和用戶體驗上發揮越來越重要的角色，推動自媒體在科學傳播和社會教育中的應用。因此，面向未來，科研及相關産業界應繼續關注無線腦機接口技術的進展，并積極探索其在更廣泛領域的應用可能性。
bevictor伟德官网 供稿