中枢神经信号微电子技术检测、处理与重建研究 王志功1，吕晓迎 2 ，顾晓松 3（1 东南大学射频与光电集成电路研究所，南京 210096; 2 东南大学生物医学工程系吴健雄实验室，南京 210096; 3 南通大学江苏省神经再生重点实验室，南通 226001）摘 要：介绍国内外利用微电子技术实现中枢神经信号检测、处理与再生的研究状况与进展。研究神经电信号检测的电极装置、中枢神经电信号处理和功能控制的专用集成电路、远端神经信号再生的刺激装置、生物体植入式芯片的供电方式、低功耗电路的设计技术一系列技术，电极装置、生物体植入式芯片和刺激装置的生物相容性和显微植入手术等一系列课题。关键词：中枢神经功能重建；生物体嵌入式集成电路；生物材料生物相容性；植入手术1. 引言21 世纪将是信息技术与生命科学竞相争辉的世纪。作为信息技术基础的微电子技术持续高速发展，集成电路的特征尺寸已进入 0.1 m 左右的深亚微米阶段，电路的规模从超大规模（VLSI）发展到了系统芯片（SOC），CPU 的晶体管数已超过 4000 万，单个芯片可以存储的信息量是一本百科全书，不久就可相当于人的大脑。这样，依靠微电子、光电子技术的支持、借助无线通信和光纤通信的集成发展和计算机与互联网技术的普及应用，信息技术越来越与人类的社会活动密切关联。同时，信息科学技术与生命科学技术相结合，孕育着一系列跨学科的研究课题。我们的研究项目属于这类跨学科研究。本论文探讨以系统芯片为核心的电子信息处理系统与生物神经系统相关联的科学和技术问题。目标是设计一个可以嵌入生物体内、与生物的神经系统相联接的微电子系统，完成生物信息检测，处理和/或再生刺激之功能，实现生物信号的监测或神经功能重建之目的。2. 神经信号重建原理与实现生物的神经系统之所以可以与电子信息系统实现关联，最主要的是存在着生物电现象。神经纤维某一点受到刺激，当强度达到某一阈值时，这一点在化学上就产生离子通透性变化，导致细胞膜电位发生变化。利用一个适当的电极采集该电位变化信号，就实现了神经信号的检测或称记录[1]。另一方面，可以以电的方式刺激生物体，以达到某种功能上的恢复。国外早在 50 年前就已经开始实验电刺激的方式实现生物体功能恢复的目的[1]。国内多个研究团体分别在不同方面对神经电信号记录或/和神经功能重建的理论和技术做出了贡献[2-6]。神经的损伤与再生一直是神经科学研究中的一项重要课题，是神经科学家孜孜不倦、深入探...
