我國研究人員設計出高效神經調控芯片，推動腦機接口研發進程

IT之家 10 月 26 日消息，來自天津大學、北京工業大學、天津中醫藥大學、南方科技大學的研究人員合作設計出一款八通道高壓神經刺激集成電路，採用雙相指數波形輸出和電荷平衡，極大提升了神經刺激的效率和安全性。

IT之家查詢發現，相關研究成果已於 10 月 17 日作爲《Neuroelectronics》創刊號的首篇文章（DOI:10.55092/neuroelectronics20240001）發表，爲神經調控和植入設備的進一步發展帶來了新的契機。

其中，南方科技大學深港微電子學院餘浩教授，北京工業大學電子科學與技術系劉旭副教授，天津大學自動化學院金彪教授爲共同通訊作者。

在神經調控的應用中，刺激裝置的效率和安全性一直是首要考慮的問題。我國科研人員設計的這款高壓神經刺激芯片突破了傳統技術瓶頸，可實現 30V 高壓輸出，特別適用於高阻抗電極-組織界面，可爲神經刺激提供足夠的電荷輸送。

爲了確保長期使用的安全性，該芯片採用了創新的主動電荷平衡機制，通過精確控制每個刺激週期內的電荷傳遞，極大降低了殘餘電荷的積累風險，達到了每週期僅 0.77% 的殘餘電荷量。這意味着在進行長時間神經刺激時，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計的一大亮點。通過使用指數波形輸出代替傳統的恆流刺激模式，功率效率提高至 98%，不僅減少了電能消耗，還有效控制了設備在工作過程中的熱量散發，爲未來的植入式設備開發奠定了堅實基礎。

此外，這款芯片經過體外與體內實驗的雙重驗證。在體外測試中，與不同的電極-組織界面模型進行了廣泛的模擬實驗，成功實現了低殘餘電荷的神經刺激。

在體內實驗中，通過對大鼠的迷走神經和坐骨神經進行刺激，觀察到顯著的肌肉收縮效果，證明了其在實際應用中的潛力。