瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員將低功耗芯片設(shè)計(jì)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法和柔性植入式電極相結(jié)合，制作出一種神經(jīng)接口，可識(shí)別和抑制各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病癥狀。研究成果近日發(fā)表在《IEEE固態(tài)電路》雜志上。

得益于256通道高分辨率傳感陣列和節(jié)能機(jī)器學(xué)習(xí)處理器，名為“神經(jīng)樹”的該系統(tǒng)可從真實(shí)患者數(shù)據(jù)和疾病動(dòng)物模型中提取廣泛的生物標(biāo)志物并分類，從而實(shí)現(xiàn)高度準(zhǔn)確的癥狀預(yù)測(cè)。

研究人員稱，神經(jīng)樹得益于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性和決策樹算法的硬件效率。這是第一次能將如此復(fù)雜但節(jié)能的神經(jīng)接口集成到癲癇發(fā)作等二元分類任務(wù)，并用于手指神經(jīng)修復(fù)等分類任務(wù)中。

“神經(jīng)樹”通過從腦電波中提取標(biāo)志物發(fā)揮作用。它會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類，并指出它們是否預(yù)示著即將發(fā)生的癲癇發(fā)作或帕金森氏震顫等。一旦檢測(cè)到癥狀，就會(huì)激活同樣位于芯片上的神經(jīng)刺激器，發(fā)送電脈沖來阻止。

與此前最先進(jìn)的技術(shù)相比，“神經(jīng)樹”的獨(dú)特設(shè)計(jì)使該系統(tǒng)具有前所未有的效率和多功能性。與之前的機(jī)器學(xué)習(xí)嵌入式設(shè)備只有32個(gè)輸入通道相比，該芯片擁有256個(gè)，從而允許在植入物上處理更多高分辨率數(shù)據(jù)。

該芯片面積的高效設(shè)計(jì)意味著它尺寸非常小，還具有擴(kuò)展更多通道的巨大潛力以及很高的能源效率。

除了這些優(yōu)勢(shì)之外，該系統(tǒng)還可檢測(cè)比此前設(shè)備更為廣泛的癥狀。該芯片的機(jī)器學(xué)習(xí)算法在來自癲癇和帕金森病患者的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行了訓(xùn)練，成功對(duì)來自這兩個(gè)類別的神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行了準(zhǔn)確分類。

這是一種多功能可拓展的神經(jīng)芯片。它功耗低，集成性強(qiáng)，能夠執(zhí)行多種任務(wù)，是跨學(xué)科之作。這種神經(jīng)接口不僅可以識(shí)別和預(yù)判即將發(fā)作的癲癇和震顫，還可以指揮神經(jīng)刺激器及時(shí)釋放出對(duì)應(yīng)的脈沖，來阻止疾病的發(fā)生。它背后強(qiáng)大的支撐系統(tǒng)可以從真實(shí)患者數(shù)據(jù)中提取和分類神經(jīng)標(biāo)志物，幫助芯片進(jìn)行更準(zhǔn)確的判斷。對(duì)有腦部疾病困擾的患者來說，未來在腦部植入一個(gè)類似的芯片，協(xié)同對(duì)抗令人困擾的震顫發(fā)作，或許是一種可行的選擇。