在现代神经科学研究的迅速发展中，如何高效、准确地进行神经信号的传输与调控已经成为科学家们面临的重要课题。近期，学院秦伦明老师与中国科学院上海微系统与信息技术研究所的孙鎏炀老师合作在《Micromachines》期刊上发布了一项具有里程碑意义的研究：一种支持双模传输的无线双向脑机接口芯片系统，该项研究不仅突破了传统脑机接口的技术瓶颈，也为未来的神经科学研究和临床应用开辟了新的前景。该研究成果被选为2024年11月的封面文章，显示了其在学术科研上的重要性。
一、无线双向脑机接口芯片系统的基本构成与创新特点
该无线脑机接口芯片系统采用堆叠式结构，模块化设计包括主板、电池模块和信号采集子板，整体重量仅为6.2克，尺寸为18mm×26.4mm×15mm。其主板使用了性能出色的ESP32C3芯片，具备双模无线通信能力，可以灵活切换低功耗蓝牙与高采样率的Wi-Fi信号传输。在信号采集方面，子板搭载的RHS2116芯片支持16通道高保真信号采集，能够最大幅值达到2.55mA的双相电流刺激，从而更好地适应多样化的神经信号采集与调控应用需求。
系统中的磁控开关设计则提供了便捷的无线开关操作方式，提升了使用体验，为科研人员在实验中的操作便利性提供了保障。
二、无线信号传输能力的验证
根据研究团队的实验，系统在不同模式下信号传输性能的表现大大优于传统设备。在无线信号采集功能测试中，实验验证显示在蓝牙模式下能够记录低频正弦波（10–50Hz），而Wi-Fi模式下则能捕获高频信号（500–2000Hz）。测试结果表明，无论是记录信号的波形还是频率，均与标准信号保持高度一致，充分体现了其高保真的信号传输能力，这在很多神经科学领域如癫痫和帕金森病的研究中都是极为重要的。
此外，在无线电刺激功能方面，系统可输出不同幅度和宽度的电流脉冲，实验结果表明测得的电压幅值与刺激电流呈良好的线性关系，证明了其在神经调控场景中的可靠性与精准性。
无线脑机芯片系统
三、广泛的应用潜力
基于该无线脑机接口芯片系统，研究团队成功实现了在小鼠体内的神经信号双模检测。系统通过蓝牙模式稳定记录低频局部场电位，并通过Wi-Fi模式精确捕获单神经元的动作电位，展示了在体内神经监测中的高效性与灵活性。这一能力对提升临床诊断精度和科学研究的有效性具有重要意义。
四、技术展望与未来挑战
尽管该无线脑机接口芯片系统在尺寸、重量、通道数和信号采集精度等方面表现优异，但研究团队认为还有进一步的优化空间。未来的研究方向包括降低功耗、减小体积与重量、改善设备封装，同时开发移动端或网页端的实时控制接口，这将有效提升产品的便捷性和广泛适应性。
总结而言，这一新型的无线双向脑机接口芯片系统不仅是技术上的重大突破，更是神经科学研究与脑疾病诊疗领域的一个重要里程碑。它的成功应用将为未来更多的临床研究与神经科学实验提供可靠、高效的平台，并展现出广泛的应用前景和巨大的发展潜力。利用人工智能技术支持，诸如简单AI等工具也将在这一领域的概念验证、数据分析和用户体验上发挥越来越重要的角色，推动自媒体在科学传播和社会教育中的应用。因此，面向未来，科研及相关产业界应继续关注无线脑机接口技术的进展，并积极探索其在更广泛领域的应用可能性。
3354cc金沙集团 供稿