近日,第八届中国(上海)国际技术进出口交易会上,复旦大学的“全无线侵入式64通道脑机接口芯片模组”项目摘得“镇馆之宝”称号。

 

图源:复旦大学

 

认知大脑被称为生命科学最后的疆域。近年,中、美、欧等国家和地区纷纷启动脑科学计划。采集并分析大脑活动的电信号,是研究大脑的一种重要手段,而脑机接口芯片,是相关科研仪器的核心部件。

 

在上海市科委基础研究重大项目支持下,复旦大学类脑芯片与片上智能系统研究院和华东师大脑功能基因组教学部重点实验室合作,根据神经科学家确定的各类指标需求,开始研发“芯片式无线脑活动记录系统”。系统由神经电极阵列、无线脑机接口芯片、接收机、计算软件等组成,用于采集、储存和分析实验动物的脑部神经元活动信号。其中,芯片是最为核心的部件。

 

该项目研发成功前,国际上在该领域尚未有成熟先例。在IEEE国际电路与系统2019年会上,复旦团队发表的无线脑机接口芯片设计论文荣获“生物医疗方向最佳论文奖”。2020年,他们再度在这一国际顶级科技会议上获得“学生最佳论文奖”水平。

 

该项目在单芯片上集成64个信号采集通道,实现了4米范围内64通道全带宽神经信号的24小时不间断记录。与国外同类商用产品相比,功耗降低了10倍,重量不足3克,成本仅为同类产品的一半。

 

“无线”是这款芯片区别于市面同类产品的最大优势。直到现在,用于脑科学实验的脑机接口系统大都需要在实验室动物上安装记录装置,而装置又需通过电缆与外部记录系统相连。这种连接方式一方面限制了生物体的活动范围,另一方面,线的纠缠与旋转容易产生作用力,导致生物体脑部损伤。无线脑机接口芯片成功摆脱了线的束缚,允许生物体自由活动,更接近自然状态。无线充电能够以类似公交卡读卡器的方式对设备进行充电。团队首先在无线数据和无线能量同时传输核心技术取得原创突破,研究结果在被业界誉为“芯片奥林匹克”的顶会国际固态电路会议上2018、2019连续两年发表。

 

2016年至今,复旦自研的这款芯片已流片4次。以它为核心部件的无线脑机接口系统正在接受上海脑科学家的测试,有望在不久的将来投入商用,成为我国脑科学与类脑研究的利器。复旦类脑芯片与片上智能系统研究院助理研究员徐玲介绍,未来,复旦自研的这款芯片,应用场景将集中在三个领域:认知障碍疾病的治疗、运动康复,以及硬件设备控制。

 

目前,研究院正与复旦大学附属中山医院合作开展灵长类动物实验,将电极植入猴子脑内,无线采集多通道的脑电信号供脑科学家研究,旨在了解癫痫病的发作机理,并对其实现预判和相关治疗。此外,抑郁症、狂躁症、帕金森病、阿尔茨海默病等精神类疾病,也有望通过相关研究得到辅助治疗。