瑞士洛桑联邦理工学院研究人员将低功耗芯片设计、机器学习算法和柔性植入式电极相结合，制作出一种神经接口，可识别和抑制各种神经系统疾病症状。研究成果近日发表在《IEEE固态电路》杂志上。
得益于256通道高分辨率传感阵列和节能机器学习处理器，名为“神经树”的该系统可从真实患者数据和疾病动物模型中提取广泛的生物标志物并分类，从而实现高度准确的症状预测。
研究人员称，神经树得益于神经网络的准确性和决策树算法的硬件效率。这是第一次能将如此复杂但节能的神经接口集成到癫痫发作等二元分类任务，并用于手指神经修复等分类任务中。
“神经树”通过从脑电波中提取标志物（已知与某些神经系统疾病相关的电信号模式）发挥作用。它会对信号进行分类，并指出它们是否预示着即将发生的癫痫发作或帕金森氏震颤等。一旦检测到症状，就会激活同样位于芯片上的神经刺激器，发送电脉冲来阻止。
与此前最先进的技术相比，“神经树”的独特设计使该系统具有前所未有的效率和多功能性。与之前的机器学习嵌入式设备只有32个输入通道相比，该芯片拥有256个，从而允许在植入物上处理更多高分辨率数据。
该芯片面积的高效设计意味着它尺寸非常小（3.48平方毫米），还具有扩展更多通道的巨大潜力以及很高的能源效率。
除了这些优势之外，该系统还可检测比此前设备更为广泛的症状。该芯片的机器学习算法在来自癫痫和帕金森病患者的数据集上进行了训练，成功对来自这两个类别的神经信号进行了准确分类。
这是一种多功能可拓展的神经芯片。它功耗低，集成性强，能够执行多种任务，是跨学科之作。这种神经接口不仅可以识别和预判即将发作的癫痫和震颤，还可以指挥神经刺激器及时释放出对应的脉冲，来阻止疾病的发生。它背后强大的支撑系统可以从真实患者数据中提取和分类神经标志物，帮助芯片进行更准确的判断。对有脑部疾病困扰的患者来说，未来在脑部植入一个类似的芯片，协同对抗令人困扰的震颤发作，或许是一种可行的选择。