天津大學(xué)醫(yī)學(xué)部醫(yī)學(xué)院的一間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，一臺(tái)小車正在緩慢移動(dòng)，時(shí)而停頓，時(shí)而轉(zhuǎn)向，每次避障的路線都不同。
“控制它的是計(jì)算機(jī)嗎？”記者問(wèn)。
“是，也不是。”天津大學(xué)教授、腦機(jī)交互與人機(jī)共融海河實(shí)驗(yàn)室片上腦機(jī)接口方向負(fù)責(zé)人李曉紅說(shuō)。數(shù)米外，只見恒溫培養(yǎng)箱里，一顆直徑僅毫米級(jí)、乳白色的肉球狀物體懸浮在培養(yǎng)皿中，“這是我們培養(yǎng)的‘生物大腦’，它貼在芯片表面，通過(guò)導(dǎo)線與機(jī)器人相連?！崩顣约t說(shuō)，有了它，協(xié)同智能交互系統(tǒng)就有了“生物計(jì)算機(jī)”的雛形。
給機(jī)器培養(yǎng)一個(gè)由干細(xì)胞發(fā)育而來(lái)、“活”的“生物大腦”，多年以來(lái)，李曉紅和她的同事們，在持續(xù)嘗試這件極為“科幻”的事，探索一條不同于傳統(tǒng)硅基計(jì)算的全新智能路徑。
李曉紅曾是一名神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)生，在多年工作中，她曾親眼見到腦機(jī)接口技術(shù)幫助失語(yǔ)患者，通過(guò)計(jì)算機(jī)將大腦意念轉(zhuǎn)化為文字，恢復(fù)與他人的交流?！昂芏嗉膊。t(yī)生能用的方法有限，但工程方法卻帶來(lái)了希望?！崩顣约t說(shuō)，正是這份臨床體驗(yàn)，讓她萌生了將生物腦與機(jī)器結(jié)合的念頭。
2019年，李曉紅進(jìn)入天津大學(xué)工作，彼時(shí)，學(xué)校在腦機(jī)接口領(lǐng)域有研究基礎(chǔ)，但多聚焦于硬件與算法。“如果完全轉(zhuǎn)向一個(gè)不熟悉的工程領(lǐng)域，我的優(yōu)勢(shì)在哪？”反復(fù)討論后，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的整體部署和自己所在團(tuán)隊(duì)的研究，李曉紅的攻堅(jiān)方向逐漸清晰：自己深耕的干細(xì)胞技術(shù)，正是培育腦類器官的基礎(chǔ)，能否用干細(xì)胞在培養(yǎng)皿里“種”出一個(gè)類似人腦的結(jié)構(gòu)，再讓該結(jié)構(gòu)通過(guò)腦機(jī)接口與機(jī)器交互？“想法剛提出來(lái)時(shí)，大家覺(jué)得既科幻又艱難?！崩顣约t回憶。
另辟路徑，意味著從零開始。從篩選合適的人源干細(xì)胞，到精準(zhǔn)控制培養(yǎng)環(huán)境、誘導(dǎo)其分化為腦類器官，每一步都是全新的挑戰(zhàn)?！拔覀儾皇侵圃煲粋€(gè)微型大腦，而是培育一個(gè)具備基本神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、能產(chǎn)生和響應(yīng)電信號(hào)的‘生物芯’?！崩顣约t說(shuō)。
更難的是“對(duì)話”。如何讓“大腦”“看見”世界并“表達(dá)”意圖？研究團(tuán)隊(duì)與南方科技大學(xué)等單位緊密合作，打造一套名為“MetaBOC”的智能交互系統(tǒng)，形成了“培養(yǎng)—記錄—訓(xùn)練—控制”的完整鏈條。團(tuán)隊(duì)成員邵文威副教授向記者展示：腦類器官被精心放置于一個(gè)布滿數(shù)千個(gè)微型電極的芯片上，電極實(shí)時(shí)捕捉著神經(jīng)元發(fā)出的微弱電信號(hào)——屏幕上，一道道波峰驟然躍起，那是神經(jīng)元的“脈沖”，是類似生物腦思考產(chǎn)生的“字節(jié)”。
“雷達(dá)就是它的‘眼睛’，看到障礙物后，距離信息被編碼成電信號(hào)刺激腦類器官；腦類器官處理后產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)，再被解碼為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)指令?！崩顣约t進(jìn)一步解釋，“這模仿的正是我們?nèi)梭w‘感受—思考—行動(dòng)’的基本邏輯?！闭麄€(gè)過(guò)程，科研人員并不預(yù)設(shè)具體指令，只是通過(guò)反復(fù)訓(xùn)練，引導(dǎo)其學(xué)會(huì)避障。
實(shí)驗(yàn)顯示：一個(gè)未經(jīng)訓(xùn)練的“生物芯”，接到避障任務(wù)后，5到10分鐘，避障成功率可超過(guò)50%；連續(xù)訓(xùn)練4天后，成功率可穩(wěn)定在80%以上。
談及未來(lái)，李曉紅既充滿希望，又坦言“道阻且長(zhǎng)”。當(dāng)前，腦類器官的規(guī)模（約10萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元）與芯片的電極密度，還遠(yuǎn)不能與擁有約千億個(gè)神經(jīng)元的人腦相比?！暗绻覀兛梢越鉀Q營(yíng)養(yǎng)供給等難題，讓其長(zhǎng)得更大，讓電極更精細(xì)地連接更多神經(jīng)元，它或許能夠做更多事情。”李曉紅認(rèn)為，生物計(jì)算的最大魅力在于其超低功耗和高效學(xué)習(xí)潛力，這在深海、深空或應(yīng)急救援等極端受限環(huán)境下意義重大。
無(wú)菌培養(yǎng)箱里，承載計(jì)算希望的“生物大腦”，仍在悄然生長(zhǎng)。
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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