综述：面向生物医学工程的神经形态芯片

这篇综述系统阐述了神经形态芯片(NMC)在生物医学工程中的前沿应用，重点探讨了其在生物传感(NR-S)、医学影像(CT/MRI)、康复工程(SNEN)和脑机接口(SCN)等领域的突破性进展。文章通过分析8类疾病的诊断需求，揭示了NMC在并行处理高维数据(如EEG/ECG)和实现超低功耗(<1μW)方面的独特优势，为突破传统冯·诺依曼架构的局限性提供了创新解决方案。

　　

神经形态芯片的革命性医疗应用

摘要
现代医学面临数据复杂性和规模爆炸性增长的双重挑战。传统计算机架构在动态时空处理和高维数据任务中日益显现局限性。神经形态芯片凭借超低功耗(<1nJ/次)和类脑并行处理能力，为生物医学数据处理的范式转变提供了全新路径。

多元化疾病诊断需求
中枢神经系统疾病
癫痫和帕金森病等中枢神经系统疾病需要处理高维度脑电信号(EEG)。传统架构因存算分离导致能效低下，而基于忆阻器(Memristor)的神经形态芯片可实现96%识别准确率，功耗降低460倍。

心脏疾病
动态心电信号(ECG)处理需要自适应学习系统。神经形态芯片通过事件驱动处理机制，能实时捕捉常规方法易遗漏的短暂性心律失常，同时将深度学习模型的计算负担降低150倍。

医学影像创新
在MRI/CT图像重建领域，神经形态图像重建器(MIR)展现出112倍能效提升。通过准模拟映射(QAM)和复杂矩阵转换(CMT)方案，在0.05T超低场强下仍能保持40.21dB峰值信噪比。

康复医学工程突破
可拉伸神经形态传出神经(SNEN)系统通过54个有机晶体管实现仿生运动控制，仅需常规功能电刺激(FES)1/150的功耗即可恢复瘫痪小鼠运动功能，突破神经损伤治疗瓶颈。

脑机接口新范式
化学介导的人工神经元(SCN)成功实现多巴胺(DA)的识别-记忆-释放全周期模拟。在pH=5时产生125kHz脉冲，钠离子选择性响应延迟仅138μs，为神经化学耦合接口奠定基础。

未来挑战
生物相容性
需开发兼具柔性和抗菌特性的新型材料，如石墨烯/MoS₂
异质结，以降低植入后的免疫排斥反应。

个性化医疗
数字孪生技术可构建患者特异性模型，优化神经形态芯片参数。例如针对肌无力症患者，需动态调整乙酰胆碱受体(AChR)检测灵敏度至1aM水平。

临床验证
建立多中心临床试验机制至关重要。如在癫痫监测中，需验证神经形态芯片在连续工作1000小时后的信号漂移率<0.1%。