每經(jīng)編輯｜杜宇

據(jù)科技日報(bào)6月26日消息，腦機(jī)接口技術(shù)又“進(jìn)化”了。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”對機(jī)器人避障、跟蹤、抓握等任務(wù)的無人控制，完成了多種類腦計(jì)算的啟發(fā)工作。

圖片來源：視覺中國

據(jù)天津大學(xué)官網(wǎng)，天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)已申請片上腦-機(jī)接口方向的國家發(fā)明專利15項(xiàng)，實(shí)審美國、英國專利2項(xiàng)，舉辦首屆片上腦-機(jī)接口國際會(huì)議，并主編首部片上腦-機(jī)接口教材。未來，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步深化對片上腦-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。

培養(yǎng)“大腦”是該系統(tǒng)的指揮中心。團(tuán)隊(duì)在國際上首次證實(shí)了物理場促進(jìn)人源性腦類器官生長發(fā)育的作用，厘清了低強(qiáng)度聚焦超聲對大腦進(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)域國際期刊《大腦》上。

圖片來源：天津大學(xué)

“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，通過編解碼及刺激-反饋實(shí)現(xiàn)其與外界信息交互的技術(shù)。”天津大學(xué)副校長、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)。

據(jù)天津大學(xué)官方網(wǎng)站，團(tuán)隊(duì)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、皮質(zhì)板的厚度增加和分層清晰、以及突觸結(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)，從而可為片上腦-機(jī)接口提供更佳的智能基礎(chǔ)。該研究是學(xué)術(shù)界首次分析物理場對人源性腦類器官生長發(fā)育的調(diào)控作用，厘清了低強(qiáng)度聚焦超聲通過YAP信號(hào)通路進(jìn)行調(diào)控的原理機(jī)制。

圖片來源：天津大學(xué)

在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)將人源性腦類器官移植至免疫缺陷小鼠初級(jí)感覺皮層，構(gòu)建了人-鼠腦嵌合體，并搭建了片上腦體內(nèi)應(yīng)用系統(tǒng)。通過綜合運(yùn)用免疫熒光技術(shù)、細(xì)胞譜系示蹤、單細(xì)胞RNA測序等實(shí)驗(yàn)方法，結(jié)果顯示低強(qiáng)度聚焦超聲可促進(jìn)腦類器官移植物在宿主腦組織內(nèi)分化成熟。采用基因敲低和藥物干預(yù)等手段，闡述了低強(qiáng)度聚焦超聲通過影響神經(jīng)祖細(xì)胞YAP的核質(zhì)比，從而影響皮層類器官增殖的分子機(jī)制。

該研究進(jìn)一步基于片上腦體內(nèi)系統(tǒng)，采用移植物電生理-宿主行為學(xué)同步捕捉技術(shù)，通過分析在宿主痛覺行為學(xué)過程中腦類器官移植物的Gamma波段能量與相位，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)用場景之一 （圖片來源：天津大學(xué)）

該研究以題為“Low-intensity ultrasound ameliorates brain organoid integration and rescues microcephaly deficits”的論文，發(fā)表于國際腦科學(xué)頂級(jí)刊物、歐洲神經(jīng)學(xué)會(huì)會(huì)刊《Brain》，依托先進(jìn)醫(yī)用材料與醫(yī)療器械全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、腦機(jī)交互與人機(jī)共融海河實(shí)驗(yàn)室，并獲得了“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“組織工程類腦智能復(fù)合體設(shè)計(jì)與開發(fā)”的資助支持。

每日經(jīng)濟(jì)新聞綜合科技日報(bào)、天津大學(xué)官網(wǎng)

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