【消費(fèi)電子實(shí)驗(yàn)室-2024/6/28】近日，天津大學(xué)腦機(jī)交互與人機(jī)共融海河實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)與南方科技大學(xué)等團(tuán)隊(duì)，協(xié)同開發(fā)了全球首個(gè)可開源的“片上腦機(jī)接口”智能交互系統(tǒng)MetaBOC，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)“大腦”對(duì)機(jī)器人避障、跟蹤、抓握等任務(wù)的無(wú)人控制，完成了多種類腦計(jì)算的啟發(fā)工作。

培養(yǎng)“大腦”是該系統(tǒng)的指揮中心。團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次證實(shí)了物理場(chǎng)促進(jìn)人源性腦類器官生長(zhǎng)發(fā)育的作用，厘清了低強(qiáng)度聚焦超聲對(duì)大腦進(jìn)行調(diào)控的原理機(jī)制，為片上腦智能交互系統(tǒng)MetaBOC提供了具有更好智能基礎(chǔ)的培養(yǎng)“大腦”。該研究成果近期發(fā)表于腦科學(xué)領(lǐng)域國(guó)際期刊《大腦》上。

據(jù)了解，人類的大腦是已知世界中最復(fù)雜的物質(zhì)。當(dāng)前，在新一代生命體與非生命體融合交互的浪潮下，如何通過(guò)干細(xì)胞技術(shù)體外培養(yǎng)的“大腦”實(shí)現(xiàn)“意念控制”，“片上腦-機(jī)接口”研究正在引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

“片上腦機(jī)接口，是利用體外培養(yǎng)‘大腦’（如腦類器官）與電極芯片耦合形成的片上腦，通過(guò)編解碼及刺激-反饋實(shí)現(xiàn)其與外界信息交互的技術(shù)�！碧旖虼髮W(xué)副校長(zhǎng)、腦機(jī)交互與人機(jī)共融海河實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任明東教授認(rèn)為，作為腦機(jī)接口領(lǐng)域的一個(gè)重要新興分支，片上腦-機(jī)接口有望對(duì)混合智能、類腦計(jì)算等前沿科技領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生革命性的推動(dòng)。

當(dāng)前，片上腦機(jī)接口的構(gòu)建技術(shù)尚處于起步階段，涉及智能基礎(chǔ)、智能通訊、智能遷移、智能融合等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中智能基礎(chǔ)作為智能體的中央處理器CPU，是實(shí)現(xiàn)片上腦智能的核心，旨在高效地模擬大腦、解析大腦。

片上腦-機(jī)接口體內(nèi)應(yīng)用系統(tǒng)的搭建

“目前被視為最有潛力的智能基礎(chǔ)模型——腦類器官，盡管具有與人腦類似的結(jié)構(gòu)和功能，卻仍面臨發(fā)育成熟度低、營(yíng)養(yǎng)供給不足等瓶頸問(wèn)題�！碧旖虼髮W(xué)醫(yī)學(xué)院教授、腦機(jī)交互與人機(jī)共融海河實(shí)驗(yàn)室片上腦-機(jī)接口團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人李曉紅坦言。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，低強(qiáng)度聚焦超聲可顯著促進(jìn)神經(jīng)祖細(xì)胞的增殖和神經(jīng)元的分化，增加皮質(zhì)板的厚度，使之分層清晰，促進(jìn)突觸結(jié)構(gòu)和功能成熟，最終構(gòu)成復(fù)雜度高、具有存儲(chǔ)計(jì)算能力的三維神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，為片上腦-機(jī)接口提供更佳的智能基礎(chǔ)。

該研究進(jìn)一步證實(shí)了低強(qiáng)度聚焦超聲可促進(jìn)腦類器官與宿主整合交互，以及神經(jīng)發(fā)育缺陷的再生修復(fù)，初步顯示了片上腦系統(tǒng)在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用潛能。

片上腦-機(jī)接口應(yīng)用場(chǎng)景之一

李曉紅介紹，片上腦機(jī)接口智能交互系統(tǒng)MetaBOC涵蓋四大模塊，適用于多種維度片上腦，具備多元刺激范式，融入人工智能技術(shù)，可集成多任務(wù)。

未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步深化對(duì)片上腦-機(jī)接口的智能通訊、智能遷移、智能融合等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的探索，推動(dòng)片上腦-機(jī)接口技術(shù)早日實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化應(yīng)用。