纸薄脑机芯片BISC：为大脑与AI建立高速接口的新一代植入设备
想象一下，一款轻薄如纸的新型脑机接口设备，正被科研团队视为未来人脑与外部世界实现无缝交互的关键突破。它被命名为“皮层生物接口系统”（BISC），整套技术围绕着一枚超薄、超小型的单芯片展开。神奇的是，它无需大幅侵入颅脑，就能在大脑皮层与外部计算机乃至人工智能系统之间，建立起一条高速的双向数据通道。
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研究团队相信，这项技术有望彻底改变癫痫、脊髓损伤、渐冻症、中风及失明等神经系统疾病的诊疗方式。更重要的是，它可能成为人类与人工智能进行更深刻、更直接协同交互的基础设施。
与传统“罐装式”电子脑接口不同，BISC将放大器、数据转换、射频收发、电源管理等所有关键电路，全部压缩进一块经过减薄处理的CMOS芯片之中。芯片厚度仅约50微米，总体积仅约3立方毫米，可以像一张湿润的纸巾一样，轻松滑入颅骨与大脑皮层之间的微小空隙，并能完美贴合大脑表面的自然弯曲。芯片上集成了6.5万余个微型电极，提供了1024个同步记录通道和1.6万余个刺激通道，再通过一种定制的超宽带无线链路，将最高可达100+Mbps的数据顺畅传出颅外——这一无线吞吐量被评价为“至少比现有无线脑机系统高出两个数量级”。
在系统架构上，BISC由三部分组成：负责与大脑直接接触的单片植入体、佩戴在体表的“中继站”，以及一套完整的专用软件与指令集。植入芯片通过无线供电链路由中继站供电，同时经超宽带射频完成海量神经数据的高速传输；而中继站在外部网络中则表现得如同一台普通的Wi-Fi设备，使得任何计算机都能像接入路由器一样，便捷地接入这个“大脑网关”。研究人员基于此平台采集的大规模神经数据，训练并测试了用于解码意图、感知和内部状态的机器学习与深度学习模型，验证了高带宽接口对于实现“读写大脑”功能的至关重要性。
在临床应用路径上，来自哥伦比亚大学及纽约长老会医院的神经外科与癫痫学专家团队，已在动物模型中深入探索了植入手术方案，并验证了该芯片在长期、稳定记录大脑皮层神经信号方面的可行性。目前，针对人类受试者的早期探索也正在推进，主要聚焦于手术过程中的短期信号记录。医生介绍，BISC可以通过微型切口将芯片送达硬膜下空间，无需穿透脑组织或使用导线将植入物固定于颅骨，从而从理论上显著减少了组织炎症反应和长期信号衰减的风险。项目还与宾夕法尼亚大学等团队合作，在运动皮层和视觉皮层展开了广泛的离体验证实验，一些科研人员看好其作为未来整合光、声等多模态神经接口平台的巨大潜力。
为了推动这项前沿技术走向真实世界，哥伦比亚大学与斯坦福大学的研究者们共同创立了衍生企业 Kampto Neurotech。这家由项目核心工程师之一领衔的公司，正致力于开发面向临床研究的商用版本，并寻求资源以推动其在人体中的长期应用。团队认为，依托成熟半导体工艺的“大规模制造”优势，BISC在可扩展性、性能指标上远超现有的同类植入设备，亦为未来实现脑-AI深度融合系统提供了一个可持续迭代的平台。随着人工智能与神经工程交叉领域的飞速发展，研究人员预期，这类超高分辨率、全无线、可编程的脑机接口，不仅将重塑神经疾病的治疗范式，更可能从根本上改变人类与机器、乃至与人工智能共处的基本模式。
编译自/scitechdaily
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