随着神经科学和脑机接口技术的快速发展，如何在神经调控中实现高效、安全的神经刺激一直是科研和医疗领域的重点课题。

近日，来自天津大学、北京工业大学、天津中医药大学、南方科技大学的研究人员合作设计出一款八通道高压神经刺激集成电路（IC），采用双相指数波形输出和电荷平衡，极大提升了神经刺激的效率和安全性。该研究作为Neuroelectronics期刊创刊号的第一篇文章发表，为神经调控和植入设备的进一步发展带来了新的契机。

图题：八通道神经刺激芯片装置主要包括波形发生器、电荷平衡器、和高压驱动器，在电极模型、PBS溶液和动物实验中进行了测试和验证。该图突出显示了高压驱动器和指数衰减波形的电流产生器，这些模块都有助于实现98%的输出功率效率。该芯片可应用于多种脑-机接口和人-机接口中，如脊髓刺激调控等。

在神经调控的应用中，刺激装置的效率和安全性一直是首要考虑的问题。最新设计的这款高压神经刺激芯片突破了传统技术瓶颈，具有30V高压输出，特别适用于高阻抗电极-组织界面，可为神经刺激提供足够的电荷输送。

内容要点1: 双相刺激电流配合主动电荷平衡保证安全性

为了确保长期使用的安全性，该芯片采用了创新的主动电荷平衡机制，通过精确控制每个刺激周期内的电荷传递，极大降低了残余电荷的积累风险，达到了每周期仅0.77%的残余电荷量。这意味着在进行长时间神经刺激时，能够有效减少对组织的损伤，保证患者安全。

内容要点2：指数电流实现高功率效率

功率效率的提升是本次设计的一大亮点。通过使用指数波形输出代替传统的恒流刺激模式，功率效率提高至98%，不仅减少了电能消耗，还有效控制了设备在工作过程中的热量散发，为未来的植入式设备开发奠定了坚实基础。

内容要点3: 生物实验验证芯片功能

此外，这款芯片经过体外与体内实验的双重验证。在体外测试中，与不同的电极-组织界面模型进行了广泛的模拟实验，成功实现了低残余电荷的神经刺激。在体内实验中，通过对大鼠的迷走神经和坐骨神经进行刺激，观察到显著的肌肉收缩效果，证明了其在实际应用中的潜力。

随着技术的不断演进，低功耗、高效能、安全性高的神经调控芯片将为更多神经疾病治疗和增强领域带来突破性的进展。此次研究成果不仅为神经科学研究提供了重要工具，更有望在智能医疗设备领域开辟新篇章，让神经调控技术更好地服务于临床和康复治疗。

刘旭

北京工业大学电子科学与技术系副教授。新加坡国立大学集成电路设计专业博士，新加坡南洋理工大学博士后。从事生物医疗集成电路设计方向的教学和科研工作。在集成电路设计领域有不少于15次的芯片成功流片经历，已发表包括IEEE知名期刊TBCAS在内的国际学术论文60余篇，授权受理专利10余项。先后主持国家自然科学基金青年项目、北京市自然科学基金面上项目、行业龙头企业横向课题等多个项目。担任IEEE亚太电路与系统会议（APCCAS）脑-机接口分会主席（2022）、IEEE国际集成电路技术与应用大会（ICTA）传感器分会技术委员会分会联席主席（2023-2024）。国际电气电子工程师协会（IEEE）电路与系统、固态电路、生物医药工程分会会员。曾指导学生获得全国大学生集成电路创新创业大赛全国总决赛一等奖（2018），和中国研究生创“芯”大赛全国决赛华为企业专项一等奖（2022）、极海企业专项一等奖（2023）、和概伦电子企业专项一等奖（2023）。2022年荣获IEEE ICTA国际会议秦岭奖（前十论文贡献者奖）。

孙彪

天津大学自动化学院教授，博士生导师。国家优青，天津市131创新型人才，天津市首批青年科技人才第一层次，IEEE Senior member，中国电子学会电子机械工程分会委员，中国计算机学会智能机器人专委会委员，中国仪器仪表学会青委会委员，天津市康复医学会视觉康复青委会委员。研究方向为人工智能电路设计与神经康复机器人。发表SCI收录论文50余篇，受邀在ICCAD、ICASSP、BioCAS等国际学术会议上报告20余次。出版专著2本，授权发明专利15项。主持和参与国家自然科学基金项目、军委科技委项目、国家重点研发计划项目等20余项。

余浩

现任南方科技大学深港微电子学院副院长、长聘教授，教育部工程研究中心-未来通信集成电路执行主任，南科大-ARM中国/中兴人工智能实验室负责人。复旦大学学士，美国加州大学洛杉矶分校电子工程系博士。2021年入选国家万人计划科技创新领军人才、2017年入选国家青年特聘专家、2019年入选广东省珠江人才青年拔尖人才，曾担任IEEE APCCAS 大会主席、IEEE SSC深圳Chapter主席、IEEE电路与系统（CAS）方向国际杰出宣讲人，以及新加坡南洋理工大学任助理教授和集成电路研究中心主任。长期从事高性能集成电路芯片设计和研究工作（主要方向包括人工智能芯片，太赫兹通讯芯片，DNA传感器芯片等），在各相关领域有超过20年的科研积累和研究成果，研究水平处于国际先进水平，研究已取得多项原创性成果，是该领域国际著名专家。

来源：Call4Papers

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