2024年12月23日，中央廣播電視總臺(tái)發(fā)布2024年度國內(nèi)、國際十大科技新聞。九三學(xué)社中央科技專委會(huì)副主任、九三學(xué)社天津市委副主委、天津大學(xué)副校長明東團(tuán)隊(duì)成果——“全球首個(gè)片上腦機(jī)接口智能交互系統(tǒng)” ，與“全國科技大會(huì)”“嫦娥六號”“首艘超深水大洋鉆探船‘夢想’號”等共同入選國內(nèi)十大科技新聞榜單。
作為變革性人機(jī)交互技術(shù)，腦機(jī)接口這一概念誕生于1973年。歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，腦機(jī)接口領(lǐng)域已取得長足進(jìn)展，正在從實(shí)驗(yàn)室演示階段逐步走向?qū)嶋H應(yīng)用階段。2024年7月，明東團(tuán)隊(duì)牽頭，聯(lián)合南方科技大學(xué)等科研團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)全球首個(gè)片上腦機(jī)接口智能交互系統(tǒng)，在人體外創(chuàng)造了一個(gè)有生物智能的“類腦器官”，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。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)接口對于探索新一代生命體—非生命體融合交互，在混合智能、類腦智能、醫(yī)療康復(fù)等國家重大需求領(lǐng)域新應(yīng)用方面具有重要的意義。
片上腦機(jī)接口分為“片”（電極芯片）和“腦”（體外培養(yǎng)腦組織）兩個(gè)部分，通過類器官培養(yǎng)技術(shù)以及腦機(jī)接口編解碼技術(shù)，利用耦合電極芯片，實(shí)現(xiàn)體外培養(yǎng)的生物“大腦”與外部機(jī)器之間的信息交互和智能控制。在體外培養(yǎng)的“大腦”是理想的生物智能模型，然而面臨發(fā)育成熟度低、營養(yǎng)供給不足等瓶頸問題，以及因缺乏感官系統(tǒng)難以與外界進(jìn)行信息互通成等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。為此，明東團(tuán)隊(duì)圍繞腦部中樞及視覺感知的功能模擬與工程應(yīng)用開展了前瞻性平臺(tái)建設(shè)。
針對片上腦中樞的構(gòu)建模擬，團(tuán)隊(duì)深入探究細(xì)胞培養(yǎng)模式，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，目前已發(fā)布的片上腦接機(jī)口智能交互系統(tǒng)具有功能完備、虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)控制、遠(yuǎn)程操控等特色，創(chuàng)新提出基于動(dòng)量的神經(jīng)信號解碼模型，有助于提升控制穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；可在真實(shí)場景進(jìn)行控制任務(wù)，并構(gòu)建了場景的虛實(shí)同步聯(lián)動(dòng)；系統(tǒng)集成了人工智能孿生模型框架功能，可用于多種控制任務(wù)，并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控。
針對片上腦視覺感知的構(gòu)建模擬，團(tuán)隊(duì)現(xiàn)已構(gòu)建集中樞部件、傳感部件、柔性芯片于一體的片上眼-腦神經(jīng)信息交互模型，培養(yǎng)由視網(wǎng)膜原代細(xì)胞和視覺類器官構(gòu)成的生物眼，并通過人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對視覺輸出信號的精準(zhǔn)模擬和預(yù)測，模擬并增強(qiáng)生物眼與培養(yǎng)“大腦”之間的信息交互。整體技術(shù)突破了傳統(tǒng)視覺修復(fù)與增強(qiáng)的局限，有望為視障患者提供革命性治療方案，并開辟視覺技術(shù)“修復(fù)-增強(qiáng)-超越”的全新路徑。
面向碳基-硅基融合前沿領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，以片上腦—機(jī)器人交互為核心的智能交互系統(tǒng)的開發(fā)，不僅是一次腦機(jī)接口領(lǐng)域的關(guān)鍵創(chuàng)新，更是未來混合智能發(fā)展的重要基石，還可作為體外“大腦”模型為生物智能生成機(jī)制的探索提供重要技術(shù)平臺(tái)，通過深度挖掘任務(wù)態(tài)下體外“大腦”的感知、學(xué)習(xí)與記憶特性，將為中樞系統(tǒng)的神經(jīng)修復(fù)、神經(jīng)調(diào)控、類腦計(jì)算、藥物開發(fā)等諸多領(lǐng)域注入全新的生物學(xué)靈感。
