每經編輯 杜宇
據科技日報6月26日消息，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。
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據天津大學官網，天津大學團隊已申請片上腦-機接口方向的國家發明專利15項，實審美國、英國專利2項，舉辦首屆片上腦-機接口國際會議，並主編首部片上腦-機接口教材。未來，團隊將進一步深化對片上腦-機接口的智能通訊、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。
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，釐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於腦科學領域國際期刊《大腦》上。
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「片上腦-機接口，是利用體外培養『大腦』（如腦類器官）與電極晶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。
據天津大學官方網站，團隊研究發現，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、皮質板的厚度增加和分層清晰、以及突觸結構和功能成熟，最終構成複雜度高、具有存儲計算能力的三維神經網絡，從而可為片上腦-機接口提供更佳的智能基礎。該研究是學術界首次分析物理場對人源性腦類器官生長發育的調控作用，釐清了低強度聚焦超聲通過YAP信號通路進行調控的原理機制。
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在實驗中，團隊將人源性腦類器官移植至免疫缺陷小鼠初級感覺皮層，構建了人-鼠腦嵌合體，並搭建了片上腦體內應用系統。通過綜合運用免疫螢光技術、細胞譜系示蹤、單細胞RNA測序等實驗方法，結果顯示低強度聚焦超聲可促進腦類器官移植物在宿主腦組織內分化成熟。採用基因敲低和藥物干預等手段，闡述了低強度聚焦超聲通過影響神經祖細胞YAP的核質比，從而影響皮層類器官增殖的分子機制。
該研究進一步基於片上腦體內系統，採用移植物電生理-宿主行為學同步捕捉技術，通過分析在宿主痛覺行為學過程中腦類器官移植物的Gamma波段能量與相位，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 （圖片來源：天津大學）
該研究以題為「Low-intensity ultrasound ameliorates brain organoid integration and rescues microcephaly deficits」的論文，發表於國際腦科學頂級刊物、歐洲神經學會會刊《Brain》，依託先進醫用材料與醫療器械全國重點實驗室、腦機交互與人機共融海河實驗室，並獲得了「十四五」國家重點研發計劃項目「組織工程類腦智能復合體設計與開發」的資助支持。
每日經濟新聞綜合科技日報、天津大學官網
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