多通道關聯腦電信號複合處理與矽晶片集成技術研究

《多通道關聯腦電信號複合處理與矽晶片集成技術研究》是依託北京航空航天大學，由李洪革擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多通道關聯腦電信號複合處理與矽晶片集成技術研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：李洪革
• 項目類別：面上項目

項目摘要

腦機信息互動植入式微系統是探索人-機融合的最前沿的課題。近年來，隨著微電子技術的發展，植入式無線集成微系統接口成為研究者探索的熱點問題。腦電神經信號由於其複雜性、互擾性、時空性和微弱等特性，同時，傳統拖纜腦電獲取系統不利於實現殘疾假肢有效功能代償等任務，而無線植入式接口在現設計原理和通信頻寬限制下，獲取腦信號存在嚴重丟失而難以準確重現原始腦電信號。因此，本課題提出腦電信號的動態非線性能量-複雜布爾網路檢測機制及集成化方案。課題以基於非線性能量運算元和布爾網路的鋒電位檢測/分類為突破點，運用信息學、微電子學和神經工程學，重點探索布爾神經網路的腦電信號智慧型分類及亞閾值超低功耗CMOS集成化建模。在獲取多通道空間並行神經元鋒電位時，通過陣列動態能量運算元檢測在無尺度學習回響模式下，實現適應分類的低數據傳輸率的微弱腦電信號重現的實時性、準確性、復用性，以探討人-機融合接口系統的可行性。

結題摘要

針對多通道關聯腦電信號複合處理與矽晶片集成技術研究,課題組多方位多層次進行了相關研究。特別是植入式微晶片和多通道腦電採集等關鍵技術獲得了突破性研究成果。主要的研究成果包括：第一，課題組提出的特徵融合方法實現小波係數和幅度主成分特徵的優勢互補，在實現融合的同時降低了特徵向量的維數，解決單一特徵在交疊鋒電位分類時存在的提取信息量不足的問題。第二，通過對腦電信號的機理和實際生物體植入環境分析，提出了超低電壓超低功耗抗EMI干擾的微納植入器件。第三，通過對多種腦電信號採集電極分析，提出一種可重構、布線靈活度高、通道間干擾低的萬級通道採集陣列電極，該方法實現了超低功耗、低複雜度結構的採集微系統。第四，研究基於亞閾值區的CMOS電路結構，設計具有失調抑制、低噪聲採集、超低功耗的前端腦電信號採集系統，並實現了基於0.35微米工藝的晶片。在此基礎上，搭建完善的物理驗證平台和環境驗證平台，測試所設計的單晶片集成微系統的功能及實用性。在國家自然基金的支持下，研究內容分別發表在IEEE、IEE、Microelectronics Reliability等國際著名期刊5篇。研究成果已經申請國家專利3項。