提出了不受限制的 BP-QBC，用于散布在整个大脑中的颗粒大小的节点中进行数据通信和供电，这些节点与耳机形状的可穿戴集线器进行通信。未来大脑植入物的愿景包括通过无线通信和供电实现不受束缚的多通道植入物/节点网络。

　　近年来，工程师一直致力于开发日益复杂的设备，以帮助人类更好地与计算机交互。这些技术，包括脑机接口、电子药物和可穿戴医疗保健设备，可能会促进现有的医疗实践和人类用户的能力。

　　普渡大学的一个研究小组最近推出了一种新方法，可以通过无线神经植入物实现人脑和计算机之间的通信。他们提出的方法在《自然电子学》中概述，依赖于大脑中缓慢展开的两阶段过程，允许植入大脑中的小型传感器感知信息并将信息传输到可穿戴耳机形状的设备，而不会干扰人体。的生理过程。

　　该研究的首席研究员 Shreyas Sen 表示：“我们普渡大学的团队在过去八年里一直致力于人体周围电场通信领域的研究，并开发了EQS-HBC等开创性技术，该技术现已商业化。” ，告诉 Tech Xplore。

　　“通过这次练习，我们了解到，与身体产生的心电图信号通过身体进行通信类似，我们可以使用各种技术通过组织发送数字信息，其中一些技术我们已经申请了专利。”

　　人体(包括大脑)天生能够支持基于微小电信号生成的内部通信，其高速特性建立了横跨全身的“宽带”通道。所谓的脑机接口旨在实现这些大脑信号和计算机之间的高带宽交互。

　　“一旦我们基于电场的通信技术在身体周围成熟，它就成为我们进行这项研究的明显选择，因为它也适用于大脑内部，用于高带宽超低功耗植入物到计算机的通信， ”森解释道。

　　森和他的同事开发的技术基于分布在大脑周围的各种植入无线设备之间的低功耗和高带宽数据通信的想法。这些分布式植入物可以记录和刺激不同的大脑区域，包括皮层(即大脑的外层)和大脑深部。

　　Baibhab Chatterjee 表示：“这项技术与深脑无线电力传输的进一步进步相结合，将有可能获得对帕金森病、图雷特综合症、癫痫、抑郁症、焦虑症和强迫症等疾病的基本了解。” ，他在普渡大学担任博士生时领导了这项工作，现在是盖恩斯维尔佛罗里达大学的一名教师。

　　“通过使用生物组织作为信号传输介质，可以实现低功耗高带宽数据通信，我们在普渡大学针对可穿戴设备和植入物进行了广泛的探索，并表明组织提供了宽带通道在电准静态 (EQS) 频率(高达 10 MHz)下使用电容端接。”

　　这项最近的研究部分建立在该团队早期工作的基础上，他们引入了一种称为 EQS-HBC 的技术，代表电准静态人体通信。在之前的论文中，该团队表明，可以通过将所谓的电容返回路径与地球地面耦合来在不同的可穿戴设备之间传输信号。

　　查特吉说：“这对植入物来说是一个独特的挑战，主要区别在于导电组织完全包围植入物，这使得与地球地面的电容返回路径耦合几乎不存在。”

　　为了克服这一挑战，研究人员之前利用了一种称为电流耦合的技术，该技术基于电偶极子耦合理论。虽然这种方法在一定程度上有效，但他们发现，如果信号不是直流平衡的，则 原电池植入物的信号电极和参考电极之间的低阻抗通道会导致过多的功耗。

　　“在这项工作中，我们展示了一种称为双相准静态大脑通信 (BP-QBC) 的技术，该技术可以将功耗降低几个数量级(在 1 MHz 时降低约 41 倍)，从而能够创建超低功耗但宽带通信通道，”查特吉说。

　　“此外，由于完全 EQS 信号传输，与超声波、光学和磁电数据传输等竞争技术相比，我们的方法不会产生任何转导损耗，从而减少了系统级损耗，这是该方法的另一个独特优势技术。”

　　该研究小组最近的工作基本上建立在他们之前关于身体周围 EQS 现场通信的工作基础上，并将其引入大脑，以实现无线神经植入物和可穿戴计算机之间的通信。这项技术将通过超低功耗无线微型设备来实现，这些微型设备可以高速传输数据，这些设备位于大脑的不同部分，形成一个统一的网络。

　　“通过这项发明，人类大脑‘拥有了自己的宽带’，”森解释道。“最值得注意的是，我们发现大脑中基于电场的通信为植入物和可穿戴设备之间的直接高速通信提供了极高的带宽和中等损耗的通道。可实现的带宽明显高于现有的光学、磁力、超声波或基于射频的技术。”

　　研究人员表示，到目前为止，他们只是概述了所提出的系统的基本功能和底层组件。进一步的理论研究和体内测量有助于验证其潜力，同时评估其与现有神经植入物的兼容性。

　　森说：“在我们接下来的工作中，我们将根据拟议的基本原理探索多种其他模式。” “我们还将进行转化研究，将所提出的想法实施为可商业化的设备，从而拦截未来脑机接口设备的开发。”

　　未来，该研究团队引入的新方法可以在临床环境中进行测试和实施。如果被证明是安全、可靠和有效的，它可以极大地推进医学研究，例如提高目前对各种神经和行为障碍的理解。

　　Sen、Chatterjee 和他们的同事现在正在开发他们提出的系统的新版本，该系统也支持多通道传感。此外，他们正在尝试开发新的系统级方法，以降低神经植入物的功耗，使它们能够在消耗相似数量的能量的同时传输更多数据。

　　“我们正在积极研究的另一个领域是提高电力传输效率并减少此类植入物的泄漏，”查特吉补充道。“与此同时，我们正在研究这种技术在中枢和周围神经系统中的各种可转化应用，作为我们身体互联网中心工作的一部分，其目标是在多个植入物和神经系统之间建立无缝连接。可穿戴设备。”