portant; overflow-wrap: break-word !important;”>最近，马斯克的脑机接口草创公司Neuralink发布了最新的脑机接口开展，并引起了颤动。Neuralink最新发布的开展中，在猪的体内植入了脑机接口芯片，然后能够实时读出猪脑部的信号，之后有期望能够依据这些信号实时分分出植入目标的脑部活动，这给了脑机接口这一技能极大的幻想空间，未来可望能运用在医疗乃至人体增强等范畴。
脑机接口中的芯片
portant; overflow-wrap: break-word !important;”>事实上，脑机接口中芯片具有极其重要的方位。上一年七月，Neuralink的第一个发布会中的主角便是自研的N1脑部传感器芯片。咱们这儿详细来谈一下脑机接口中的芯片。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;”>portant; overflow-wrap: break-word !important;”>在植入式脑机接口中，芯片的首要功用是包含数据读出和脑部鼓励，此外为了确保便利和外界交流还需求运用无线传输。
数据读出的进程首要是指脑机接口从脑部读取特定区域的信号，而且在芯片上做一系列开始处理，包含滤波等。详细多少信号处理在芯片上做，多少传输到片外完结则取决于整个芯片的规划考量。例如，关于一些需求做快速反应的脑机接口芯片（例如检测癫痫并快速介入），则需求把尽可能多的处理在芯片上完结，以满意推迟的需求。此外，一般经过芯片处理的信号比起原始信号的数据量会小，因而脑机接口片上处理部分和无线数据传输部分是一对重要的权衡目标：片上处理越简略，则相关电路逻辑面积和功耗越小，可是需求无线传输的数据量就越大，无线传输部分的功耗压力就越大；反之，信号处理越杂乱，则功耗和面积越大，可是数据传输部分或许就能够更简略一些。
功用上，除了数据读出之外，脑机接口另一大重要的功用模块是鼓励信号部分。信号鼓励是指脑机接口在脑部以适宜的办法施加一个信号，依据运用的不同这个信号可能是电压信号，光信号或其他信号。
最终，脑机接口中无线数据传输也十分重要，由于脑机接口需求与外界有一个数据接口用于数据传输和操控。Neuralink第一代脑机接口的原型运用的是有线数据传输，而到了本年的原型传感器中就运用了依据蓝牙的无线传输，可见无线传输关于植入式脑机接口的重要程度（究竟植入目标不期望脑子后边时时刻刻都接着一大堆线）。
脑机接口芯片的运用
portant; overflow-wrap: break-word !important;”>脑机接口以及芯片现在看起来尽管科幻，可是实践上现已有了十分实践的落地运用，而这些运用首要会集在医疗范畴。
脑机接口首要落地运用中，芯片首要起到一个构成神经信号读出-实时鼓励-数据记载读出的闭环。例如，现在有很多的学术界脑机接口芯片重视癫痫医治。在这样的运用中，首要需求脑机接口芯片的数据读出能实时监控读出脑部信号，而且在检测到脑部信号呈现癫痫预兆时，就马上用脑机接口的信号鼓励发生一个和癫痫疾病反常电压信号相反的信号，然后抵消癫痫疾病发生的反常信号，起到实时介入的效果。
另一个闭环脑机接口的比如是瘫痪病人的恢复医治。植入式脑机接口芯片一方面能够读出患者脑部关于行走的操控信号，另一方面能够依据读出的信号在患者脊柱部分施加相应的信号，然后让患者在经过训练后能从头取得行走的才干。
除了包含读出和鼓励两部分的闭环体系之外，一些脑机接口只用到读出部分或只用到鼓励信号部分。只用鼓励信号的比如是Argus II系列生物眼，该体系在眼部的视觉神经上植入鼓励信号体系和无线信号传输体系，一起在外部的眼镜上则运用视觉传感器拍照外部的环境画面，而且将该画面转换为对应的视觉神经信号传输给植入鼓励信号体系，而鼓励信号体系则施加相应信号鼓励，然后完结让视觉受损患者从头修正视觉的才干。该体系已于数年前经过临床试验并取得美国FDA认证，可见实用化的脑机接口事实上离咱们并不悠远。
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上文现已介绍了脑机接口的惯例组成部分和运用，那么脑机接口芯片技能的难点在哪里呢？
首要，从读出部分来说，最难的在于如何故十分低的功耗做到低噪声和低输入失调。脑部信号的起伏一般十分小，在微伏等级，因而有必要确保读出放大器的噪声和输入失调都要比脑部信号的起伏还要小，才干完结高质量的脑部信号读出。这一点关于模仿电路的规划应战很大，尤其是在功耗受限的条件下。事实上，Neuralink N1芯片的首要目标之一也是噪声，这也印证了该目标的难度和重要性。
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portant; overflow-wrap: break-word !important;”>其次，低功耗也是脑机芯片的中心难点。众所周知，植入式的脑机接口芯片有必要确保电池寿数，究竟没人期望过几年就做一个手术去换一次电池。低功耗规划能够分红两部分，即电路模块规划的低功耗，以及电源办理。电路模块规划需求运用各种低功耗规划技巧，以确保单个通道的均匀功耗在微瓦数量级，而从另一个视点下降模块功耗往往就意味着高噪声，因而如安在功耗和噪声之间做权衡是一个脑机接口芯片规划的中心关键。而低功耗规划的另一个视点便是电源办理，高效率的电源办理模块能够下降电池能量的糟蹋并演唱电池寿数。此外，电源办理也包含无线能量传输等新的技能，能够答应脑机接口芯片经过电感耦合的方法从外部获取能量，然后能够完结脑机接口模块的无触摸式充电功用。全体而言，脑机接口的低噪声和电源办理是中心难点，一起也是现在脑机接口研制的要点方向。
脑机接口芯片的全球竞赛格式
portant; overflow-wrap: break-word !important;”>美国是现在脑机接口芯片的领跑者。在学术研讨范畴，每年ISSCC等尖端芯片会议的脑机接口相关论文的作者首要都来自于美国。而在商业化方面，马斯克的Neuralink也是全球脑机接口芯片和体系的领跑者之一。
在脑机接口范畴，我国的研制实力在近几年来也在快速提高。例如，清华的王志华教授和东南大学的王志功都在这个范畴做出了出色的奉献，宣布的论文也取得了全球同行的认可。在商业化落地范畴，Neuramatrix等本乡团队也在做相关的尽力。应当说，我国的脑机接口芯片研讨在低噪声和低功耗规划（包含放大器、无线充电模组等方面）都现已做到与全球最一流水准相差不大，咱们以为最值得我国追逐的方面在于体系完好性以及跨学科研讨。从体系完好性视点，Neuralink的N1传感器直接就瞄准集成放大器前端和片上信号处理的完好体系，只要做到这样完好的体系才干真实把体系实用化，一起体系规划中的很多应战和技能壁垒也只要真实着手做过才干了解。此外，脑机接口原本便是横跨芯片规划、神经科学和生物学的跨学科技能，现在国外的同行现已在规划针对下一代生物神经技能的脑机接口（例如依据光遗传学的脑机接口），在这一方面也期望我国的从业者能不局限于自己的范畴，而积极地去完结跨学科的全体开展，这样才干确保脑机接口的全体体系处于全球相关技能的最前沿。
