杭州暖芯迦電子科技有限公司正式發(fā)布一款高度可編程的神經(jīng)刺激芯片,旨在滿足多種腦機接口(BCI)應(yīng)用和開發(fā)需求。

神經(jīng)刺激芯片通過電信號刺激神經(jīng)元細(xì)胞使其觸發(fā)并傳遞神經(jīng)信號,因此是眾多腦機接口裝置的核心組成部分。暖芯迦發(fā)布的這款令人驚嘆的芯片,其尺寸小于10mm2,包含多達(dá)320個刺激電極和1個共用回路電極。

該芯片有很多的亮點和創(chuàng)新點:首先,每個電極都使用復(fù)雜但低功耗的集成數(shù)字控制器獨立控制,這使得該芯片具有任意的電極選擇能力,同時支持雙極和單極刺激方案。在任何時候,任何電極都可以被選作激活電極或回路電極,并且可以從320個電極中選擇任意數(shù)量的電極進行刺激。

其次,該芯片不僅做到了刺激參數(shù)在很寬的范圍內(nèi)靈活可調(diào),還做到了高精度調(diào)節(jié),因此覆蓋了各種可以預(yù)見的應(yīng)用需求。每個電極產(chǎn)生的雙相激勵電流脈沖可以設(shè)置為每個相位10微秒至5.1毫秒的持續(xù)時間,激勵脈沖的前置階段也可以單獨設(shè)置,因此用戶可針對應(yīng)用的需求采用常規(guī)的刺激策略或配置更為復(fù)雜的電流導(dǎo)向(current steering)策略。

每個電極上的刺激速率可以在1.875 Hz至3.84kHz的范圍內(nèi)進行設(shè)置。如此寬頻的刺激速率適用于各種神經(jīng)刺激應(yīng)用。每個電極的刺激電壓最高達(dá)3V。對于單個電極而言,每個刺激相位的電流幅值可以從52到564微安的范圍內(nèi)調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)步長從1到9.5微安有15級臺階。這意味著電流信號的調(diào)節(jié)精度達(dá)到0.5微安。同時,由于電極選擇的自由度,用戶可以通過將任意數(shù)量的電極組合在一起將激勵電流的幅值增加到更大的值,用于需要毫安級電流的各種神經(jīng)刺激應(yīng)用。

另外值得一提的是,雙相激勵電流的電荷平衡由創(chuàng)新的電極驅(qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制,這使得直流電流誤差非常低,僅為1納安,遠(yuǎn)低于25納安的工業(yè)安全極限。該芯片還配備了智能機制,可以監(jiān)控每個電極的電壓順應(yīng)性(voltage compliance),以確保執(zhí)行刺激時的電荷平衡。如果不符合電壓要求,電極驅(qū)動器具有自我鎖定并停止進一步刺激的功能,以保護電極免受腐蝕。在調(diào)查電壓不順應(yīng)原因并采取了足夠的措施后,用戶可通過命令將電極解鎖。

該芯片通過6線接口簡單地控制,包括3個電源信號和3個數(shù)據(jù)/時鐘信號。這種簡單性使得其外形小巧,易于封裝和植入。該芯片與神經(jīng)記錄系統(tǒng)結(jié)合,可以構(gòu)成一個完整的閉環(huán)腦機接口,例如用于治療癲癇的反應(yīng)性神經(jīng)刺激(RNS)設(shè)備或深部腦刺激(DBS)治療帕金森氏病的設(shè)備。

暖芯迦電子發(fā)布的這款神經(jīng)刺激芯片所具有的高度可編程的特性,徹底打破了傳統(tǒng)神經(jīng)刺激器僅為特定專業(yè)應(yīng)用而定制開發(fā)的桎梏,從而為各種人機接口的研發(fā)與應(yīng)用打開了寬闊的大門。為配合芯片的應(yīng)用,暖芯迦還提供相應(yīng)的開發(fā)板及上位機軟件,可使用戶在圖形界面下對芯片直觀地進行編程與調(diào)試,產(chǎn)生的配置文件用戶可以直接移植應(yīng)用。

杭州暖芯迦電子科技有限公司成立于2014年2月,總部設(shè)在浙江省海外高層次人才創(chuàng)新園,在澳大利亞墨爾本設(shè)有研發(fā)中心。暖芯迦是國家十三五重點研發(fā)計劃-數(shù)字診療裝備研發(fā)項目的主持單位,也是浙江省領(lǐng)軍型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊。公司在神經(jīng)接口與生物傳感領(lǐng)域進行了廣泛的布局,致力于提升我國在相關(guān)技術(shù)上的積累與創(chuàng)新。