發(fā)布時(shí)間：2024-04-27 01:19

　　人腦與電腦通過(guò)連續(xù)高通量的信息交互來(lái)實(shí)現(xiàn)深度融合是神經(jīng)工程領(lǐng)域的重要發(fā)展愿景。腦機(jī)融合技術(shù)不但可以大幅提升運(yùn)動(dòng)殘障、精神疾病、感知覺缺失能等多種疾病患者的治療效果,更可以將電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的海量信息以及高速數(shù)值計(jì)算能力直接傳遞給人腦,從而賦予個(gè)人"超能力"。植入式神經(jīng)電極陣列是發(fā)展寬帶腦機(jī)融合智能系統(tǒng)所不可或缺的關(guān)鍵界面器件。一方面,植入式電極陣列可以同時(shí)保證大范圍和高精度地記錄神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏木_發(fā)放時(shí)間和波形,為充分抽提神經(jīng)信息,解讀腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。另一方面,借助植入式電極陣列對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行高時(shí)空精度地信息寫入,不但可以向腦內(nèi)直接傳入新信息,也可能改變神經(jīng)精神疾病(例如帕金森氏癥、癲癇和重度抑郁等)患者的異常神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng),從而緩解癥狀或治療疾病。電極陣列的微納加工工藝、電極的理化特征及其與神經(jīng)組織的界面效應(yīng)是目前腦機(jī)接口技術(shù)前端研究的重要方向,而納米材料和納米器件等新技術(shù)在神經(jīng)電子界面優(yōu)化方面的重要作用也愈發(fā)明顯。

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【部分圖文】：

圖1在體神經(jīng)界面與美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局神經(jīng)科技項(xiàng)目群的發(fā)展歷程

神經(jīng)電信號(hào)最早由意大利科學(xué)家Galvani1采用早期的電極技術(shù)記錄到。隨后，Hodgkin和Huxley成功地從0.5–1mm寬的大王烏賊軸突中檢測(cè)到神經(jīng)活動(dòng)，進(jìn)而根據(jù)這些電信號(hào)的記錄發(fā)展出了經(jīng)典的膜電位理論基礎(chǔ)。1957年，Hubel通過(guò)亞微米直徑的鎢絲尖電極成功地從哺乳....

圖2微納加工電極陣列與器件

由于Neuropixel類電極陣列可以同時(shí)記錄多個(gè)深度的不同腦區(qū)且在每個(gè)腦區(qū)都可以記錄大量的神經(jīng)元，因此可能實(shí)現(xiàn)對(duì)興奮神經(jīng)網(wǎng)路空間尺度較好地估計(jì)。而NeuroGrid類的電極陣列可以對(duì)多個(gè)表面腦區(qū)的功能進(jìn)行定位。因此結(jié)合這兩類電極陣列可以實(shí)現(xiàn)廣度和深度同時(shí)兼顧的神經(jīng)信號(hào)采集45....

圖3神經(jīng)記錄與刺激的界面納米材料與應(yīng)用

鑒于半導(dǎo)體納米器件的加工精度、生物相容性和靈活的物理性質(zhì)，這些器件可能用于開發(fā)下一代神經(jīng)界面56。由于納米場(chǎng)效應(yīng)管尺寸可以加工到10nm甚至更小，并且其記錄性能不受電極阻抗影響，因此在微納神經(jīng)器件方向具有很大的潛力57。由于神經(jīng)信號(hào)調(diào)控或消耗納米場(chǎng)效應(yīng)管溝道中的電子能力遠(yuǎn)強(qiáng)于對(duì)....

圖4用于無(wú)線神經(jīng)界面的納米神經(jīng)元器件

同時(shí)，一些納米顆粒類的材料也有潛力成為無(wú)線記錄神經(jīng)活動(dòng)乃至細(xì)胞器活動(dòng)的元器件。靜息狀態(tài)下，神經(jīng)元膜電位為-70mV左右，當(dāng)有興奮性輸入時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生幾毫伏的閾下波動(dòng)或者120mV左右的動(dòng)作電位。但該電位在細(xì)胞膜上面能產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度由于膜厚度可以變得非常強(qiáng)，因此，電場(chǎng)強(qiáng)度響....

本文編號(hào)：3965144