片上腦-機接口：讓“意念控制”成為現實
被譽為“黑科技”的腦機接口技術又“進化”了。近日，天津大學腦機交互與人機共融海河實驗室團隊與南方科技大學等團隊，協同開發了全球首個可開源的片上腦-機接口智能交互系統MetaBOC，實現了培養“大腦”對機器人避障、跟蹤、抓握等任務的無人控制，完成了多種類腦計算的啟發工作。
天津大學供圖
培養“大腦”是該系統的指揮中心。團隊在國際上首次證實了物理場促進人源性腦類器官生長發育的作用，厘清了低強度聚焦超聲對大腦進行調控的原理機制，為片上腦智能交互系統MetaBOC提供了具有更好智能基礎的培養“大腦”。該研究成果近期發表于腦科學領域國際期刊《大腦》上。
據了解，人類的大腦是已知世界中最復雜的物質。當前，在新一代生命體與非生命體融合交互的浪潮下，如何通過干細胞技術體外培養的“大腦”實現“意念控制”，片上腦-機接口研究正在引起學術界的廣泛關注。
“片上腦-機接口，是利用體外培養‘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-反饋實現其與外界信息交互的技術。”天津大學副校長、腦機交互與人機共融海河實驗室執行主任明東教授認為，作為腦機接口領域的一個重要新興分支，片上腦-機接口有望對混合智能、類腦計算等前沿科技領域的發展產生革命性的推動。
當前，片上腦-機接口的構建技術尚處于起步階段，涉及智能基礎、智能通信、智能遷移、智能融合等多個關鍵環節。其中智能基礎作為智能體的中央處理器CPU，是實現片上腦智能的核心，旨在能高效地模擬大腦、解析大腦。
片上腦-機接口體內應用系統的搭建。天津大學供圖
“目前被視為最有潛力的智能基礎模型——腦類器官，盡管具有與人腦類似的結構和功能，卻仍面臨發育成熟度低、營養供給不足等瓶頸問題。”天津大學醫學院教授、腦機交互與人機共融海河實驗室片上腦-機接口團隊負責人李曉紅坦言。
團隊通過研究發現，低強度聚焦超聲可顯著促進神經祖細胞的增殖和神經元的分化，增加皮質板的厚度，使之分層清晰，促進突觸結構和功能成熟，最終構成復雜度高、具有存儲計算能力的三維神經網絡，為片上腦-機接口提供更佳的智能基礎。
該研究進一步證實了低強度聚焦超聲可促進腦類器官與宿主整合交互，以及神經發育缺陷的再生修復，初步顯示了片上腦系統在醫療康復領域的應用潛能。
片上腦-機接口應用場景之一。天津大學供圖
李曉紅介紹，片上腦-機接口智能交互系統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，可集成多任務。
未來，團隊將進一步深化對片上腦-機接口的智能通信、智能遷移、智能融合等關鍵科學問題的探索，推動片上腦-機接口技術早日實現轉化應用。
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