大腦,重量不過三磅,卻擁有約860億個神經(jīng)元。它像一座“精密宇宙”,承載著人類的記憶與情感,也隱藏著許多未解的腦部疾病謎題。
在微觀又廣袤的科研前沿領(lǐng)域,天津大學腦機交互與人機共融海河實驗室(下文簡稱“腦機海河實驗室”)的一群青年科研人員,潛心鉆研、聚力攻關(guān),助力人類治療疾病,挖掘人體的健康潛能。
科幻“照進”現(xiàn)實
初次走進腦機海河實驗室,總有一種“進入”科幻電影的“不真實感”——戴上腦電極帽,背上裝有主控模塊的設(shè)備包,“現(xiàn)在,請想象你的右手腕長出‘第六指’,試著用它去抓握?!睂嶒炇仪嗄瓿蓡T王壯正在引導同事進行測試。

4月6日,在天津大學腦機交互與人機共融海河實驗室,科研人員進行“神工-靈犀指”的測試工作。新華社記者 李然 攝
佩戴機械“第六指”的測試人員,右手不斷接近桌面,機械手指緩緩張開,穩(wěn)穩(wěn)抓住桌子上的小球。王壯解釋稱,這款手指穿戴設(shè)備叫“神工-靈犀指”?!捌鹈`犀’,就是想表明通過腦機接口技術(shù),大腦與‘斷聯(lián)’的手指依舊可以有聯(lián)系?!?/p>
另一邊,學生王君策頭戴布滿傳感器的腦電帽,隨著不同頻率和音調(diào)的聲音響起,屏幕上跳躍出經(jīng)算法解碼的腦電信號。他正在使用“神工-神耳”系統(tǒng),讀取大腦對聲音的真實反應(yīng),進而評估人工耳蝸的植入效果等。
這些場景不是在還原科幻場景,而是為了服務(wù)人類生命健康?!吧窆?靈犀指”目標是喚醒偏癱或肌張力過大的腦卒中患者的功能障礙中樞與外周神經(jīng)系統(tǒng),助力手部運動功能康復;“神工-神耳”旨在幫助醫(yī)生判斷聽障患兒在輔助設(shè)備下是否能聽清。
天津大學副校長、腦機海河實驗室主任明東表示,無論是侵入式還是非侵入式,腦機接口技術(shù)都在運動功能障礙康復、神經(jīng)與精神疾病診療、視聽覺感知等醫(yī)療領(lǐng)域展現(xiàn)出明確的應(yīng)用價值。
論文“寫在”臨床
在此前合作的基礎(chǔ)上,天津市環(huán)湖醫(yī)院與腦機海河實驗室合作的腦機接口綜合臨床試驗病區(qū)正式啟用,一系列科研成果在這里落地應(yīng)用。
一名5個月大的嬰兒因腦積水頭顱異常膨大,皮下青紫的靜脈蜿蜒盤踞。治療團隊通過對患兒進行腦脊液循環(huán)動力學檢測,快速判斷出腦積水類型,讓醫(yī)生能在最短時間內(nèi)確定治療方案,最終成功挽救了孩子的生命。
這款神經(jīng)重癥腦積水精確客觀在線診斷系統(tǒng)名叫“神工-神篙”,“就像是給腦脊液通路做了一次動態(tài)心電圖。通過曲線走勢,我們能快速判斷出患兒的腦積水類型,幫助醫(yī)生把握治療時機?!蹦X機海河實驗室副主任劉秀云說。

4月29日,劉秀云(右一)和同事在天津大學藥學院單晶衍射實驗室交流。新華社記者 李然 攝
1988年出生的劉秀云,在天津大學從事腦科學與多個學科的交叉研究,“我們做的不只是‘認識大腦’,還要‘連接大腦’,最終‘治愈大腦’?!彼@樣概括自己的研究方向。
“全球約43%的人口會受到神經(jīng)系統(tǒng)疾病的影響,如果我們的技術(shù)可以為患者提供有效的治療手段,讓患者過上更美好的生活,那么一切努力都值得?!眲⑿阍普J為,要讓科研真正“落地”,而不是束之高閣。
青年“塑造”未來
腦機接口是未來科技的重要方向之一,它融合了醫(yī)學、計算機、電子、機械、材料等多領(lǐng)域的前沿理論與核心技術(shù),是典型的交叉學科。
在劉秀云看來,“這種交叉像一只八爪魚,觸角伸向不同領(lǐng)域。當這些學科融合在一起,會為青年科學家發(fā)揮創(chuàng)造力提供廣闊的空間”。

2024年11月15日,實驗員在天津大學腦控系統(tǒng)研發(fā)與集成應(yīng)用實驗室內(nèi)給學生授課。新華社記者 李然 攝
未來計算機的能力還能怎樣提高?腦機海河實驗室青年科學家陳力群和團隊成員,就用一種極具想象力的思路給出了答案:用“生物腦”“生物眼”融合“機器身”。為了完成這個“跨界”課題,“80后”陳力群和團隊經(jīng)常徹夜難眠——“懂干細胞培育的不懂腦電信號編譯,專攻硬件研發(fā)的缺乏軟件知識,大家在對方的領(lǐng)域幾乎都是‘文盲’?!?/p>
沒有捷徑,這些年輕人開始“惡補”跨界知識,生物學家學起了基礎(chǔ)編程,工程師研讀神經(jīng)科學論文……憑著迎難而上、刻苦鉆研的韌勁,一道道技術(shù)難題被突破。
基礎(chǔ)研究與技術(shù)攻關(guān)的持續(xù)沉淀,也推動了學科建設(shè)的創(chuàng)新發(fā)展。近期,天津大學“腦機科學與技術(shù)”本科專業(yè)正式獲教育部批準設(shè)立,納入交叉學科門類,該專業(yè)將在國內(nèi)首次直接面向本科招生。
“青年是最寶貴的財富?!眲⑿阍普J為,科研不僅是知識的積累,更是思維方式的塑造。
大腦這個“三磅宇宙”,仍有太多未知等待探索。一眾青年科研人員,正站在科研與臨床的戰(zhàn)場上,用青春與智慧,一步步向著答案前行。
策劃:萬方 邵香云
統(tǒng)籌:李鯤 許健
記者:張宇琪
設(shè)計:馮娟
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