暖芯迦面向脑机接口应用发布高度可编程神经刺激芯片

杭州暖芯迦电子科技有限公司正式发布一款高度可编程的神经刺激芯片,旨在满足多种脑机接口(BCI)应用和开发需求。

神经刺激芯片通过电信号刺激神经元细胞使其触发并传递神经信号,因此是众多脑机接口装置的核心组成部分。暖芯迦发布的这款令人惊叹的芯片,其尺寸小于10mm²,包含多达320个刺激电极和1个共用回路电极。

该芯片有很多的亮点和创新点:首先,每个电极都使用复杂但低功耗的集成数字控制器独立控制,这使得该芯片具有任意的电极选择能力,同时支持双极和单极刺激方案。在任何时候,任何电极都可以被选作激活电极或回路电极,并且可以从320个电极中选择任意数量的电极进行刺激。

其次,该芯片不仅做到了刺激参数在很宽的范围内灵活可调,还做到了高精度调节,因此覆盖了各种可以预见的应用需求。每个电极产生的双相激励电流脉冲可以设置为每个相位10微秒至5.1毫秒的持续时间,激励脉冲的前置阶段也可以单独设置,因此用户可针对应用的需求采用常规的刺激策略或配置更为复杂的电流导向(current steering)策略。

每个电极上的刺激速率可以在1.875 Hz至3.84kHz的范围内进行设置。如此宽频的刺激速率适用于各种神经刺激应用。每个电极的刺激电压最高达3V。对于单个电极而言,每个刺激相位的电流幅值可以从52到564微安的范围内调节,调节步长从1到9.5微安有15级台阶。这意味着电流信号的调节精度达到0.5微安。同时,由于电极选择的自由度,用户可以通过将任意数量的电极组合在一起将激励电流的幅值增加到更大的值,用于需要毫安级电流的各种神经刺激应用。

另外值得一提的是,双相激励电流的电荷平衡由创新的电极驱动电路拓扑结构控制,这使得直流电流误差非常低,仅为1纳安,远低于25纳安的工业安全极限。该芯片还配备了智能机制,可以监控每个电极的电压顺应性(voltage compliance),以确保执行刺激时的电荷平衡。如果不符合电压要求,电极驱动器具有自我锁定并停止进一步刺激的功能,以保护电极免受腐蚀。在调查电压不顺应原因并采取了足够的措施后,用户可通过命令将电极解锁。

该芯片通过6线接口简单地控制,包括3个电源信号和3个数据/时钟信号。这种简单性使得其外形小巧,易于封装和植入。该芯片与神经记录系统结合,可以构成一个完整的闭环脑机接口,例如用于治疗癫痫的反应性神经刺激(RNS)设备或深部脑刺激(DBS)治疗帕金森氏病的设备。

暖芯迦电子发布的这款神经刺激芯片所具有的高度可编程的特性,彻底打破了传统神经刺激器仅为特定专业应用而定制开发的桎梏,从而为各种人机接口的研发与应用打开了宽阔的大门。为配合芯片的应用,暖芯迦还提供相应的开发板及上位机软件,可使用户在图形界面下对芯片直观地进行编程与调试,产生的配置文件用户可以直接移植应用。

杭州暖芯迦电子科技有限公司成立于2014年2月,总部设在浙江省海外高层次人才创新园,在澳大利亚墨尔本设有研发中心。暖芯迦是国家十三五重点研发计划-数字诊疗装备研发项目的主持单位,也是浙江省领军型创新创业团队。公司在神经接口与生物传感领域进行了广泛的布局,致力于提升我国在相关技术上的积累与创新。