腦機接口（BCI）是一種新興的輔助設備，有一天或能幫助大腦或脊髓損傷的人移動或交流。BCI系統依賴于可植入的傳感器，這些傳感器記錄大腦中的電信號，并利用這些信號驅動計算機或機器人假肢等外部設備。

最新的BCI系統可使用從一兩個傳感器來模擬幾百個神經元，但神經科學家感興趣的系統是能夠從更大的大腦細胞組收集數據。
現在，一個研究團朝著未來BCI系統的新概念邁出了關鍵的一步——該系統使用獨立、無線的微型神經傳感器組成的協調網絡，每個傳感器大約只有一粒鹽的大小，來記錄和刺激大腦活動。這些被稱為“神經顆?！钡膫鞲衅鳘毩⒌赜涗浻缮窠浽|發產生的電脈沖，并將信號無線發送到協調和處理信號的中心中樞。
在8月12日發表在《自然電子》雜志上的一項研究中，研究小組展示了使用近50個這種自主神經顆粒來記錄小鼠的神經活動。作者說，這一結果朝著以前所未有的細節記錄大腦信號的系統邁出了重要一步，這將為大腦工作原理帶來新見解，并為大腦或脊髓損傷患者提供新的治療方法。
“腦機接口領域的一個重大挑戰是用工程方法探測大腦中盡可能多的點?！泵绹祭蚀髮W工程學院教授、該研究的主要作者Arto Nurmikko說，“到目前為止，大多數BCI都是單片設備——有點像小的針床。我們團隊的想法是把這個龐然大物分解成微小的傳感器，分布在大腦皮層?！?br /> 該團隊在大約四年前開始開發這一系統。在布朗大學卡尼腦科學研究所工作的Nurmikko說，挑戰是雙重的。第一要縮小用于檢測、放大和將神經信號傳輸到微小的硅神經顆粒芯片中的復雜電子設備。該團隊首先在計算機上設計和模擬電子元件，并通過多次制造迭代來開發可操作芯片。
第二個挑戰是開發能接收微小芯片信號的體外通信中心。該裝置是一個拇指紋大小的薄貼片，連接在顱骨外的頭皮上。其工作原理就像一個微型的手機信號塔，使用網絡協議來協調來自神經顆粒的信號，每個神經顆粒都有自己的網絡地址。這種貼片還可以向神經顆粒無線供電，這些神經顆?？墒褂米钌俚碾娏磉\行。
“這項工作是一項真正的多學科挑戰?！辈祭蚀髮W博士后、該研究第一作者Jihun Lee說，“我們必須結合電磁學、射頻通信、電路設計、制造和神經科學方面的專業知識來設計和操作神經顆粒系統?！?br /> 新研究的目標是證明該系統可以記錄來自活體大腦的神經信號——在這個例子中，是嚙齒動物的大腦。研究小組將48個神經顆粒放置在動物的大腦皮層上，成功地記錄了與自發大腦活動相關的特征神經信號。
該團隊還測試了這些設備刺激大腦和記錄大腦的能力，通過微小的電脈沖來激活神經活動。研究人員希望，這種刺激由協調神經記錄的中樞驅動，有朝一日可能恢復因疾病或損傷而喪失的大腦功能。
由動物大腦腦容量的限制，此次研究中，研究者僅使用了48個神經顆粒，但數據表明，該系統目前的配置可以支持770個。該團隊設想最終將其擴大到數千個神經顆粒，這將提供目前無法獲得的大腦活動圖像。
“這是一個挑戰性的問題，因為這個系統需要同步無線電力傳輸和每秒百萬比特的網絡速率，它需要在非常緊湊的硅表面和能量約束下才能實現?！闭撐墓餐ぷ髡?、貝勒大學電子和計算機工程系副教授Vincent Leung說，“我們的團隊推動了分布式神經植入的極限?！?br /> 要使這個完整的系統成為現實，還有很多工作要做，但研究人員表示，這項研究是朝著這個方向邁出的關鍵一步?！拔覀兿Ｍ罱K能開發出一種系統，為大腦提供新的科學見解，并提供新的治療方法，幫助那些受嚴重創傷影響的人?！盢urmikko說。（馮維維）
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