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10月26日消息，來自天津大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、天津中醫(yī)藥大學(xué)、南方科技大學(xué)的研究人員合作設(shè)計出一款八通道高壓神經(jīng)刺激集成電路，采用雙相指數(shù)波形輸出和電荷平衡，極大提升了神經(jīng)刺激的效率和安全性。

我國研究人員設(shè)計出高效神經(jīng)調(diào)控芯片，推動腦機接口研發(fā)進(jìn)程

相關(guān)研究成果已于10月17日作為《Neuroelectronics》創(chuàng)刊號的首篇文章(DOI:10.55092/neuroelectronics20240001)發(fā)表，為神經(jīng)調(diào)控和植入設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展帶來了新的契機。

我國研究人員設(shè)計出高效神經(jīng)調(diào)控芯片，推動腦機接口研發(fā)進(jìn)程

其中，南方科技大學(xué)深港微電子學(xué)院余浩教授，北京工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)系劉旭副教授，天津大學(xué)自動化學(xué)院金彪教授為共同通訊作者。

在神經(jīng)調(diào)控的應(yīng)用中，刺激裝置的效率和安全性一直是首要考慮的問題。我國科研人員設(shè)計的這款高壓神經(jīng)刺激芯片突破了傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸，可實現(xiàn)30V高壓輸出，特別適用于高阻抗電極-組織界面，可為神經(jīng)刺激提供足夠的電荷輸送。

為了確保長期使用的安全性，該芯片采用了創(chuàng)新的主動電荷平衡機制，通過精確控制每個刺激周期內(nèi)的電荷傳遞，極大降低了殘余電荷的積累風(fēng)險，達(dá)到了每周期僅0.77%的殘余電荷量。這意味著在進(jìn)行長時間神經(jīng)刺激時，能夠有效減少對組織的損傷，保證患者安全。

功率效率的提升是本次設(shè)計的一大亮點。通過使用指數(shù)波形輸出代替?zhèn)鹘y(tǒng)的恒流刺激模式，功率效率提高至98%，不僅減少了電能消耗，還有效控制了設(shè)備在工作過程中的熱量散發(fā)，為未來的植入式設(shè)備開發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)。

此外，這款芯片經(jīng)過體外與體內(nèi)實驗的雙重驗證。在體外測試中，與不同的電極-組織界面模型進(jìn)行了廣泛的模擬實驗，成功實現(xiàn)了低殘余電荷的神經(jīng)刺激。

在體內(nèi)實驗中，通過對大鼠的迷走神經(jīng)和坐骨神經(jīng)進(jìn)行刺激，觀察到顯著的肌肉收縮效果，證明了其在實際應(yīng)用中的潛力。