2024年12月23日，中央廣播電視總臺發布2024年度國內、國際十大科技新聞。九三學社中央科技專委會副主任、九三學社天津市委副主委、天津大學副校長明東團隊成果——“全球首個片上腦機接口智能交互系統” ，與“全國科技大會”“嫦娥六號”“首艘超深水大洋鉆探船‘夢想’號”等共同入選國內十大科技新聞榜單。
作為變革性人機交互技術，腦機接口這一概念誕生于1973年。歷經半個世紀的發展，腦機接口領域已取得長足進展，正在從實驗室演示階段逐步走向實際應用階段。2024年7月，明東團隊牽頭，聯合南方科技大學等科研團隊，成功研發全球首個片上腦機接口智能交互系統，在人體外創造了一個有生物智能的“類腦器官”，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。作為腦機接口領域的一個重要新興分支，片上腦機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、醫療康復等國家重大需求領域新應用方面具有重要的意義。
片上腦機接口分為“片”（電極芯片）和“腦”（體外培養腦組織）兩個部分，通過類器官培養技術以及腦機接口編解碼技術，利用耦合電極芯片，實現體外培養的生物“大腦”與外部機器之間的信息交互和智能控制。在體外培養的“大腦”是理想的生物智能模型，然而面臨發育成熟度低、營養供給不足等瓶頸問題，以及因缺乏感官系統難以與外界進行信息互通成等關鍵技術難點。為此，明東團隊圍繞腦部中樞及視覺感知的功能模擬與工程應用開展了前瞻性平臺建設。
針對片上腦中樞的構建模擬，團隊深入探究細胞培養模式，證實了物理場促進人源性腦類器官生長發育的作用，目前已發布的片上腦接機口智能交互系統具有功能完備、虛實結合、實時控制、遠程操控等特色，創新提出基于動量的神經信號解碼模型，有助于提升控制穩定性和準確性；可在真實場景進行控制任務，并構建了場景的虛實同步聯動；系統集成了人工智能孿生模型框架功能，可用于多種控制任務，并進行優化調控。
針對片上腦視覺感知的構建模擬，團隊現已構建集中樞部件、傳感部件、柔性芯片于一體的片上眼-腦神經信息交互模型，培養由視網膜原代細胞和視覺類器官構成的生物眼，并通過人工智能技術實現了對視覺輸出信號的精準模擬和預測，模擬并增強生物眼與培養“大腦”之間的信息交互。整體技術突破了傳統視覺修復與增強的局限，有望為視障患者提供革命性治療方案，并開辟視覺技術“修復-增強-超越”的全新路徑。
面向碳基-硅基融合前沿領域的發展趨勢，以片上腦—機器人交互為核心的智能交互系統的開發，不僅是一次腦機接口領域的關鍵創新，更是未來混合智能發展的重要基石，還可作為體外“大腦”模型為生物智能生成機制的探索提供重要技術平臺，通過深度挖掘任務態下體外“大腦”的感知、學習與記憶特性，將為中樞系統的神經修復、神經調控、類腦計算、藥物開發等諸多領域注入全新的生物學靈感。
