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

神經刺激芯片通過電信號刺激神經元細胞使其觸發并傳遞神經信號,因此是眾多腦機接口裝置的核心組成部分。暖芯迦發布的這款令人驚嘆的芯片,其尺寸小于10mm2,包含多達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新點:首先,每個電極都使用復雜但低功耗的集成數字控制器獨立控制,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量的電極進行刺激。

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

每個電極上的刺激速率可以在1.875 Hz至3.84kHz的范圍內進行設置。如此寬頻的刺激速率適用于各種神經刺激應用。每個電極的刺激電壓最高達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微安的范圍內調節,調節步長從1到9.5微安有15級臺階。這意味著電流信號的調節精度達到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刺激應用。

另外值得一提的是,雙相激勵電流的電荷平衡由創新的電極驅動電路拓撲結構控制,這使得直流電流誤差非常低,僅為1納安,遠低于25納安的工業安全極限。該芯片還配備了智能機制,可以監控每個電極的電壓順應性(voltage compliance),以確保執行刺激時的電荷平衡。如果不符合電壓要求,電極驅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。在調查電壓不順應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個數據/時鐘信號。這種簡單性使得其外形小巧,易于封裝和植入。該芯片與神經記錄系統結合,可以構成一個完整的閉環腦機接口,例如用于治療癲癇的反應性神經刺激(RNS)設備或深部腦刺激(DBS)治療帕金森氏病的設備。

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

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