天大、南科大联合研制成功全球首个可开源的“片上脑-机接口”

当前，脑机接口技术正处于快速发展阶段，国内外相关创新成果不断出现。近日，天津大学脑机交互与人机共融海河实验室团队与南方科技大学等团队，协同开发了全球首个可开源的片上脑-机接口智能交互系统MetaBOC，实现了培养“大脑”对机器人避障、跟踪、抓握等任务的无人控制，完成了多种类脑计算的启发工作。

该联合研究团队在国际上首次证实了物理场促进人源性脑类器官生长发育的作用，厘清了低强度聚焦超声对大脑进行调控的原理机制，为片上脑智能交互系统MetaBOC提供了具有更好智能基础的培养“大脑”。该研究成果近期发表于脑科学领域国际期刊《大脑》上。

图源：天津大学

当前，在新一代生命体与非生命体融合交互的浪潮下，如何通过干细胞技术体外培养的“大脑”实现“意念控制”，片上脑-机接口研究正在引起学术界的广泛关注。

而片上脑-机接口技术是脑机接口领域的一个重要新兴分支，旨在利用编解码技术，通过耦合电极芯片，实现体外培养的“大脑”与外部机器的信息交互和智能控制。该技术通过刺激-反馈机制，使得体外培养的大脑能够与机器人等设备进行无人控制的交互，如避障、跟踪和抓握等任务。

据悉，MetaBOC系统不仅实现了对机器人的无人控制，还完成了多种类脑计算的启发工作，展示了其在混合智能和类脑计算等前沿科技领域的巨大潜力。

此外，片上脑-机接口技术的发展还涉及多个关键环节，包括智能基础、智能通信、智能迁移和智能融合等。其中，智能基础作为智能体的中央处理器CPU，是实现片上脑智能的核心，旨在高效地模拟和解析大脑。

“目前被视为最有潜力的智能基础模型——脑类器官，尽管具有与人脑类似的结构和功能，却仍面临发育成熟度低、营养供给不足等瓶颈问题。”天津大学医学院教授、脑机交互与人机共融海河实验室片上脑-机接口团队负责人李晓红表示。

该联合团队通过研究发现，低强度聚焦超声可显著促进神经祖细胞的增殖和神经元的分化，增加皮质板的厚度，使之分层清晰，促进突触结构和功能成熟，最终构成复杂度高、具有存储计算能力的三维神经网络，为片上脑-机接口提供更佳的智能基础。

该研究进一步证实了低强度聚焦超声可促进脑类器官与宿主整合交互，以及神经发育缺陷的再生修复，初步显示了片上脑系统在医疗康复领域的应用潜能。

未来，团队将进一步深化对片上脑-机接口的智能通信、智能迁移、智能融合等关键科学问题的探索，推动片上脑-机接口技术早日实现转化应用。