片上脑机接口：让“意念控制”成为现实

被誉为“黑科技”的脑机接口技术又“进化”了。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。

天津大学供图

培养“大脑”是该系统的指挥中心。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。

据了解，人类的大脑是已知世界中最复杂的物质。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。

“片上脑-机接口，是利用体外培养‘大脑’（如脑类器官）与电极芯片耦合形成的片上脑，通过编解码及刺激-反馈实现其与外界信息交互的技术。”天津大学副校长、脑机交互与人机共融海河实验室执行主任明东教授认为，作为脑机接口领域的一个重要新兴分支，片上脑-机接口有望对混合智能、类脑计算等前沿科技领域的发展产生革命性的推动。

当前，片上脑-机接口的构建技术尚处于起步阶段，涉及智能基础、智能通信、智能迁移、智能融合等多个关键环节。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，旨在能高效地模拟大脑、解析大脑。

片上脑-机接口体内应用系统的搭建。天津大学供图

“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坦言。

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。

片上脑-机接口应用场景之一。天津大学供图

李晓红介绍，片上脑-机接口智能交互系统MetaBOC涵盖四大模块，适用于多种维度片上脑，具备多元刺激范式，融入人工智能技术，可集成多任务。

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。