植入式脑机接口（iBCI） 通过纪录大脑皮层的宽带神经信号，将神经活动飘舞为驱散教导，有望匡助瘫痪患者规复通顺与调换功能。连年来，iBCI已从执行室走向环球多中心临床西宾，并迟缓迈向产业贸易化。可是，要将高性能解码系统集成到功耗和算力均严格受限的全植入式袖珍开辟中，仍濒临严峻的时代挑战。

在iBCI的信号处分经由中，一个关键要领是从高通说念数、高采样率的原始信号中索求低维特征，以便后续解码。传统设施主要分为两类：一类基于碎裂的阈值探伤（如MUA），虽信息丰富，但永久植入下电极-组织界面的变化会导致其踏实性下跌；另一类基于连气儿信号，如锋电位带功率（SBP）和全锋电位活动（ESA），虽更适应且解码性能优异，但它们的索求依赖复杂的高通/低通滤波等运算，在MCU或FPGA等通用镶嵌式平台上仍产生弗成忽视的算计打算和功耗支拨。

这引出了一个中枢科常识题：能否在进一步简化算计打算的同期，索求出与现存设施相称以致更优的神经信息？

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近日，浙江大学脑机智能世界要点执行室的照顾团队淡薄了一种名为 “N阶差分填塞值平均 ”（Mean Absolute of N-th Differencing， MAND） 的超低功耗神经特征索求设施。该设施仅通过松弛的差分运算即可精确索求神经元锋电位频带活动，在东说念主类手写、灵长类抓持及啮齿类理会任务中均齐备了超越现存主流设施的解码性能。其推广版块eMAND通过加权双差分进一步齐备了频谱的细巧调控。在FPGA和MCU硬件平台上，MAND处分心经数据较传统设施耕作了数个数目级的能效，为下一代全植入式脑机接口系统提供了关键时代赞成。关系效果于2026年4月29日发表于海外驰名杂志Communications Biology 。

01神经元锋电位的频谱特征：为差分终止遴荐提供依据

为细目最能代表神经元活动的频段，照顾最初分析了来自东说念主类、猴和大鼠等多个数据集的锋电位波形频谱。收尾线路，锋电位的平均−3 dB频带为420–1391 Hz，频谱峰值约849 Hz。对于低幅值的多单位活动，其频谱散播略有上移。这一频带为后续MAND的差分终止遴荐提供了生理学依据。

02MAND的滤波性格与解码性能

表面分析标明，以30 kHz采样率为例，当差分终止N=11时，开云体育app2026世界杯中国官网下载MAND的第一个通带中心约为1364 Hz，−3 dB带宽为682–2045 Hz，与锋电位主导频段高度吻合。滤波器的梳状频谱因神经信号自己的1/f衰减性格而被当然扼制，从而确保了对目标频带的高遴荐性。

在解码性能的对比中，MAND发扬亮眼：在东说念主类手写数据集上，集结LSTM或卡尔曼滤波器，MAND的速率重建均方流毒（MSE）显耀低于SBP和ESA，R²系数更高；在猴伸手数据集上一样得回最优重建精度；在猴抓持类型和力度的四分类任务中，MAND分类准确率显耀优于TCR，与ESA和SBP持平。

03eMAND：双差分加权齐备频谱细巧瞄准

单差分MAND虽已出色，AG国际APP登录但其频谱体式仅由单一参数N决定，纯真度有限。eMAND通过引入第二个差分项过火权重系数w，赋予滤波器两个平安“旋钮”：当第二差分终止K = 2N时，权重w可编削通带带宽——负权重收窄、正权重展宽；当K ≠ 2N时，权重可微调通带中心频率。

在东说念主类数据集上的系统参数搜索线路，最优组合（N=13， K=32， w=−0.6）使eMAND的频谱峰值从MAND的约1364 Hz微调至约904 Hz，精确对王人着实锋电位频谱峰值。该参数下eMAND的解码流毒显耀低于畴昔MAND。照顾还发现，频谱相似度与解码性能之间呈显耀正关系——滤波频谱越逼近着实锋电位，解码越准确。值得强调的是，若仅将两个差分信号算作平安特征输入解码器，而不进行加权会通，解码性能并无耕作，这进一步考证了eMAND会通政策的弗成替代性。

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04硬件部署：毫瓦级功耗与微秒级延伸

为考证MAND在着实植入环境中的可行性，照顾者在FPGA和MCU上辞别部署了MAND、TCR、ESA和SBP。收尾线路，MAND因仅需加减运算而无需乘法器或DSP，在FPGA上齐备流毒最小、资源占用最低，功耗仅约3 mW，处分10秒多通说念数据仅需6 ms——较ESA和SBP罕有个数目级的上风。在MCU上，诚然MAND因奏凯处分原始采样数据而占用略多的静态RAM，但功耗和速率仍全面荒谬其他设施。这些收尾开发了MAND在资源受限植入式系统中的不凡适配性。&启发瞻望

本照顾淡薄的MAND过火推广版块eMAND，以近乎“零本钱”的算计打算代价，齐备了对神经元锋电位频带活动的精确索求，并在跨物种、跨任务的多种解码场景中展现出适应的荒谬性能。其得胜的关键在于设施所依赖的基础——细胞外锋电位的频谱特征——在不同物种、脑区和电极类型间高度保守，使得MAND可算作一种“即插即用”的通用特征索求器，无需个性化调参即可奏凯部署。

从更繁多的角度看，这一责任展示了“以简驭繁”的联想玄学在神经工程限制的巨大后劲。当深度学习模子日益雄壮、硬件加快器不休堆叠之际，从信号自己性格启程、用最爽气的数学操作达成目标，大约恰是股东脑机接口从执行室信得过走入临床生存的关键念念路。MAND的高能效性格将为下一代全植入式、无线供电的iBCI系统扫清特征索求要领的功耗阻挡，让难得的算力预算更多地管事于复杂的解码算法和及时响应驱散，加快脑机接口时代的临床飘舞。

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原文衔接：https://doi.org/10.1038/s42003-026-10144-9

参考文件：Xu G， Yu C， Shao G， Pan G， Wang Y， Hao Y. Low-power differencing feature extracts spiking-band activities for high-performance intracortical brain-computer interfaces. Commun Biol. 2026 Apr 29. doi: 10.1038/s42003-026-10144-9. Epub ahead of print. PMID: 42049850.

起头 | Communications Biology、brainnews

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