北京
本报记者 李家鼎
天津大学医学部医学院的一间实验室内，一台小车正在缓慢移动，时而停顿，时而转向，每次避障的路线都不同。
“控制它的是计算机吗？”记者问。
“是，也不是。”天津大学教授、脑机交互与人机共融海河实验室片上脑机接口方向负责人李晓红说。数米外，只见恒温培养箱里，一颗直径仅毫米级、乳白色的肉球状物体悬浮在培养皿中，“这是我们培养的‘生物大脑’，它贴在芯片表面，通过导线与机器人相连。”李晓红说，有了它，协同智能交互系统就有了“生物计算机”的雏形。
给机器培养一个由干细胞发育而来、“活”的“生物大脑”，多年以来，李晓红和她的同事们，在持续尝试这件极为“科幻”的事，探索一条不同于传统硅基计算的全新智能路径。
李晓红曾是一名神经内科医生，在多年工作中，她曾亲眼见到脑机接口技术帮助失语患者，通过计算机将大脑意念转化为文字，恢复与他人的交流。“很多疾病，医生能用的方法有限，但工程方法却带来了希望。”李晓红说，正是这份临床体验，让她萌生了将生物脑与机器结合的念头。
2019年，李晓红进入天津大学工作，彼时，学校在脑机接口领域有研究基础，但多聚焦于硬件与算法。“如果完全转向一个不熟悉的工程领域，我的优势在哪？”反复讨论后，结合实验室的整体部署和自己所在团队的研究，李晓红的攻坚方向逐渐清晰：自己深耕的干细胞技术，正是培育脑类器官的基础，能否用干细胞在培养皿里“种”出一个类似人脑的结构，再让该结构通过脑机接口与机器交互？“想法刚提出来时，大家觉得既科幻又艰难。”李晓红回忆。
另辟路径，意味着从零开始。从筛选合适的人源干细胞，到精准控制培养环境、诱导其分化为脑类器官，每一步都是全新的挑战。“我们不是制造一个微型大脑，而是培育一个具备基本神经元网络、能产生和响应电信号的‘生物芯’。”李晓红说。
更难的是“对话”。如何让“大脑”“看见”世界并“表达”意图？研究团队与南方科技大学等单位紧密合作，打造一套名为“MetaBOC”的智能交互系统，形成了“培养—记录—训练—控制”的完整链条。团队成员邵文威副教授向记者展示：脑类器官被精心放置于一个布满数千个微型电极的芯片上，电极实时捕捉着神经元发出的微弱电信号——屏幕上，一道道波峰骤然跃起，那是神经元的“脉冲”，是类似生物脑思考产生的“字节”。
“雷达就是它的‘眼睛’，看到障碍物后，距离信息被编码成电信号刺激脑类器官；脑类器官处理后产生的响应信号，再被解码为机器人的运动指令。”李晓红进一步解释，“这模仿的正是我们人体‘感受—思考—行动’的基本逻辑。”整个过程，科研人员并不预设具体指令，只是通过反复训练，引导其学会避障。
实验显示：一个未经训练的“生物芯”，接到避障任务后，5到10分钟，避障成功率可超过50%；连续训练4天后，成功率可稳定在80%以上。
谈及未来，李晓红既充满希望，又坦言“道阻且长”。当前，脑类器官的规模(约10万个神经元)与芯片的电极密度，还远不能与拥有约千亿个神经元的人脑相比。“但如果我们可以解决营养供给等难题，让其长得更大，让电极更精细地连接更多神经元，它或许能够做更多事情。”李晓红认为，生物计算的最大魅力在于其超低功耗和高效学习潜力，这在深海、深空或应急救援等极端受限环境下意义重大。
无菌培养箱里，承载计算希望的“生物大脑”，仍在悄然生长。
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