瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員將低功耗芯片設(shè)計(jì)、機(jī)器學(xué)習(xí)算法和柔性植入電極相結(jié)合，創(chuàng)建了一種神經(jīng)接口，可以識(shí)別和抑制各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的癥狀。這項(xiàng)研究成果最近發(fā)表在《IEEE固態(tài)電路》雜志上。

得益于256通道高分辨率傳感器陣列和節(jié)能的機(jī)器學(xué)習(xí)處理器，這個(gè)名為“神經(jīng)樹”的系統(tǒng)可以從真實(shí)的患者數(shù)據(jù)和疾病動(dòng)物模型中提取和分類廣泛的生物標(biāo)志物，從而實(shí)現(xiàn)高度準(zhǔn)確的癥狀預(yù)測(cè)。

研究人員表示，神經(jīng)樹受益于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性和決策樹算法的硬件效率。這是首次將如此復(fù)雜但節(jié)能的神經(jīng)接口整合到癲癇發(fā)作等二元分類任務(wù)中，并用于手指神經(jīng)修復(fù)等分類任務(wù)中。

“神經(jīng)樹”的工作原理是從腦電波中提取標(biāo)記。它將對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類，并指出它們是否表明即將發(fā)生的癲癇發(fā)作或帕金森氏癥。一旦檢測(cè)到癥狀，也位于芯片上的神經(jīng)刺激器將被激活，并發(fā)送電脈沖來阻止它。

與之前最先進(jìn)的技術(shù)相比，“神經(jīng)樹”的獨(dú)特設(shè)計(jì)使系統(tǒng)具有前所未有的效率和通用性。與之前只有32個(gè)輸入通道的機(jī)器學(xué)習(xí)嵌入式設(shè)備相比，該芯片有256個(gè)，這允許在植入物上處理更多高分辨率的數(shù)據(jù)。

芯片面積的高效設(shè)計(jì)意味著它的尺寸非常小，具有擴(kuò)展更多通道和高能效的巨大潛力。

除了這些優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)還可以檢測(cè)比以前的設(shè)備更廣泛的癥狀。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)行訓(xùn)練，成功對(duì)這兩類神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行了準(zhǔn)確分類。

這是一個(gè)多功能和可擴(kuò)展的神經(jīng)芯片。功耗低，集成度強(qiáng)，可以執(zhí)行多種任務(wù)。這是一項(xiàng)跨學(xué)科的工作。這種神經(jīng)接口不僅可以識(shí)別和預(yù)測(cè)即將到來的癲癇和震顫，還可以命令神經(jīng)刺激器及時(shí)釋放相應(yīng)的脈沖，以防止疾病的發(fā)生。背后強(qiáng)大的支持系統(tǒng)可以從真實(shí)的患者數(shù)據(jù)中提取神經(jīng)標(biāo)志物并進(jìn)行分類，幫助芯片做出更準(zhǔn)確的判斷。對(duì)于腦部疾病患者來說，未來在大腦中植入類似的芯片，配合令人不安的震顫，可能是一個(gè)可行的選擇。