科学家说（三）丨人工耳蜗的“中国芯”：听觉世界的科技跃迁

这就是人工耳蜗植入体上的神经刺激芯片！

每一天，神经刺激芯片都要对体外机接受到的信号进行解码，再找到相对应的电极进行有控制的刺激，同时还肩负着对植入体状态、电极阻抗、神经刺激检测等多项任务。

作为中国顶尖神经电刺激企业自主研发的首个国产人工耳蜗芯片，诺尔康“中国芯”的诞生具有划时代的意义。它不仅实现了中国人工耳蜗技术的重大突破，更承载着中国科学家打破技术垄断的智慧与决心。

本期科学家说，让我们跟随诺尔康博士团队，一起探寻这枚“中国芯”所带来的科技跃迁。

芯片依据其运用场景有多种功能和属性划分，专用的人工耳蜗刺激芯片须同时兼顾应用需求的定制化和医疗级的安全可靠性。

丨神经芯片（蓝色部分）在植入体中

回溯至21世纪初的中国，芯片产业尚处于蹒跚学步阶段，国内植入式神经刺激器的研究亦与国际前沿存在显著差距。要想打造一款中国人自产自研的人工耳蜗，只存在两个选择，要么直接使用国外芯片，延续“技术依附”，要么就走一条“还没有人走过的路”，在无人区开辟“中国方案”。

当时，作为诺尔康联合创始人及芯片团队负责人的孙晓安博士、诺尔康美国研究院院长陈洪斌博士、诺尔康神经刺激科学研究院执行院长黄穗博士及多名科研精英，和诺尔康董事长李方平、总经理李楚对此进行了深入沟通。

经过深思熟虑，为了让人工耳蜗真正扎根于中国土壤，保证这款专为国人打造的人工耳蜗摆脱对海外芯片迭代的路径依赖，同时避免因外部技术“断供”陷入研发停滞，更希望“精益求精”，在芯片大小和功耗上都做到极致，团队在全面解析全球主流人工耳蜗芯片技术图谱后，毅然锚定自主创新之路——打造一款拥有完全自主知识产权的“中国芯”，旨在实现技术自主与性能超越的双重飞跃。

然而，作为“第一个吃螃蟹的人”，在几乎空白的研发领域从零开始，其艰难程度超乎想象。为了这枚“中国芯”的构想能够顺利落地，孙晓安博士毅然放弃了北卡罗来纳州三角研究园的优渥职位，带领团队投入到了紧张的研发工作中。为了更早取得技术突破，他们通宵达旦地画版图，反复推敲，每天加班十几个小时是常态，最忙的时候晚上就打地铺住在实验室。

丨孙晓安博士与Blake S. Wilson教授合影

诺尔康为此倾注了上亿资金，从系统协议与架构优化到先进制程工艺，历经技术论证、模型推演、局部验证，在采用目前国际上最流行的FABLESS芯片研发模式，经过超10次的流片迭代——诺尔康团队成功让展开足有半个篮球场的大小的电路板凝聚在人的指尖，且功耗显著降低，性能卓越。这一壮举，仅耗时两年便宣告完成！

这颗完全自主可控的“中国芯”，终结了国外技术垄断，以“中国速度”让中国在植入式神经刺激领域实现了从跟跑到领跑的跨越。它让中国人工耳蜗摆脱了对进口的技术依赖，更让中国成为全球第四个掌握人工耳蜗全链条技术的国家，彰显了中国“智”造的硬核实力。

传统电流源设计存在“高精度与低功耗难以兼得”的难题。对于拥有24通道电极的诺尔康电子耳蜗而言，这一瓶颈尤为凸显，更多的通道意味着更复杂的电路设计和更高的功耗挑战。

为提升耳蜗系统的灵活性和效率，诺尔康创新性研发了一种采用多分辨率电流源和灵活数据编码方案，这一技术极其巧妙地在不增加功耗的基础上拓展了神经刺激方式，创行业之先河。该技术问世后便在美国获专利，时至今日，诺尔康在人工耳蜗领域依然拥有世界上最多的和最灵活的刺激电极和刺激方式。

丨专利证书

该技术支持高通道数及精细化调音的同时，可根据需求动态调节电流精度，当处于低电流状态时，系统会自动采用高分辨率模式，确保每一个通道的刺激精准度，让患者能够清晰地感知到不同频率和强度的声音；而当处于高电流状态时，系统会迅速切换至低分辨率模式，有效简化电路，降低功耗。这一创新在提升患者听觉体验的同时，也能够有效延长电池寿命。

现代人工耳蜗的重要技术神经反应遥测，是指对听神经进行刺激后，使用植入体刺激芯片对听神经产生的神经冲动进行测量。

当人工耳蜗电极对听神经施加刺激时，神经会迅速产生冲动并传递至大脑皮层，然而神经刺激的生物电信号非常微弱，神经反应遥测技术的工作，就是要捕捉到这一极其纤弱的的神经刺激信号并将其滤波、放大并以数字化形式呈现出来。

因此，在手术过程中，手术医生可以通过神经刺激信号判定电极的工作状态和神经的响应情况，从而预估手术效果，而针对不能进行沟通的婴幼儿，听力师也能借助神经反应遥测提供的客观数据，确定孩子们的听声效果，并顺利完成人工耳蜗的调试工作。

这项突破为诺尔康“中国芯”的AutoNRM技术奠定了基础。该技术能够在神经反应遥测阶段，将这一微伏级的神经信号放大1600倍，在此基础上，诺尔康进一步提出了FastCAP算法，这一算法犹如为神经反应遥测装上了“加速器”，极大地提升了遥测速度。在与第三方医院的合作测试中，数据清晰地显示，相比其他人工耳蜗品牌，诺尔康神经反应遥测的速度提升了超过10%。

丨高精度神经反应遥测技术传输速度

这一技术为广大手术医生和听力师提供了极大的便利，它大幅提高了调试效率与效果，确保用户能够在最短的时间内获得最佳的听声效果。

1.高传输速率：

诺尔康“中国芯”具有1.067M/S 高数据传输率，对于其他人工耳蜗品牌0.5M/S的传输速率，在相同时间内，诺尔康“中国芯”在相同时间内能够传输的信息量实现了质的飞跃，将为用户带来更为流畅、逼真的听觉体验。

2.高刺激速率：

得益于更高的数据传输率，诺尔康“中国芯”具备出色的刺激响应能力，高速的数据传输使得电刺激信号能够迅速且精准地传递到听觉神经，大大缩短了声音信号到神经感知的时间延迟，有效提升了听觉灵敏度。

3.高刺激范围：

诺尔康芯片刺激范围设定为 0-1.9mA。对于因神经退化、听觉剥夺时间较长而面临听觉恢复难题的用户来说，该高刺激范围意味着即使他们的听觉神经较为迟钝，也能清晰地感受到电刺激，更好地帮助患者重新建立起与声音的联系。

诺尔康“中国芯”的静电防护水平达8000伏，确保在手术过程中也能有效避免因静电干扰对芯片和人工耳蜗系统造成的损坏。同时，芯片还具备漏电检测和电极短路检测功能，能够及时发现并处理潜在的电气安全隐患，保障使用者的安全。

在使用过程中，诺尔康“中国芯”拥有刺激安全的三重安全防护机制，分别是数字逻辑、电路保护和信号处理。其中，数字逻辑验证指令安全性，自动屏蔽异常指令，防止错误操作导致的设备故障；电路保护作为硬件层面的物理防护，确保意外情况不会损伤设备和人体；信号处理加密校验数据，防止信号被干扰篡改。

每一枚植入体均配备独一无二的专属信息，构建起体外设备与体内设备之间的一一对应关系。这样不属于该植入体体外设备与其连接时将无法连接上，让用户能够安心享受人工耳蜗带来的便利，无需担忧因设备误连而引发的潜在风险。

这些措施共同构建了一个从硬件到软件、从物理防护到数据加密的全方位安全防护网络，保障人工耳蜗系统的安全稳定运行。

在当前风云变幻、复杂多变的国际形势下，诺尔康所掌握的芯片研发技术完全自主可控，这无疑是我们应对外部重重挑战的有力武器。

如今，诺尔康依然拥有一支实力雄厚的完整芯片设计研发团队，并在上海进行流片，实现了芯片的自主制作。这一战略布局，让我们彻底摆脱了关税问题的困扰，更不用担心会受到美国等外部势力的打压而遭受损失。我们完全有能力、有底气在人工耳蜗领域乃至更广阔的智能医疗领域，走出一条属于中国自己的创新发展之路，为全球医疗健康事业贡献更多的中国智慧和中国方案。

*本文图片均来自诺尔康内部科研及学习资料