我科學(xué)家構(gòu)建新型光學(xué)腦-腦接口

埃隆?馬斯克展示的腦機(jī)接口系統(tǒng)曾引發(fā)刷屏。如果不只讓腦機(jī)相連，而直接實(shí)現(xiàn)腦與腦的信息傳輸，又會怎樣？科技日報(bào)記者2020年3月24日從北京腦科學(xué)與類腦研究中心了解到，該中心羅敏敏實(shí)驗(yàn)室利用光纖記錄和光遺傳學(xué)激活技術(shù)構(gòu)建了一個光學(xué)腦-腦接口，在兩只小鼠間實(shí)現(xiàn)了高速率的運(yùn)動信息傳遞，從原理上驗(yàn)證了腦-腦接口跨個體精確控制動物運(yùn)動的可能性。研究結(jié)果發(fā)表在 《中國科學(xué)：生命科學(xué)》雜志上。

“近幾年有研究展示，可從一只動物大腦皮層中提取電生理信息，解碼后通過電刺激或經(jīng)顱磁刺激技術(shù)刺激另一只動物大腦皮層，從而提出腦-腦接口的概念?！痹撗芯康牡谝蛔髡弑R立輝介紹。

但此前腦-腦接口信息傳遞速率非常低——僅0.004～0.033 bit/s，這是制約腦-腦接口發(fā)展的最主要瓶頸。主要技術(shù)障礙是傳統(tǒng)的腦-腦接口需要長期腦電多通道記錄，技術(shù)難度大，腦電波記錄難以精確解碼等。

這項(xiàng)研究基于該實(shí)驗(yàn)室此前研究發(fā)現(xiàn)，腦干未定核神經(jīng)元活性可預(yù)測動物運(yùn)動速度。研究人員利用了光纖記錄和光遺傳學(xué)技術(shù)，以及可精確預(yù)測和調(diào)控動物運(yùn)動速度的神經(jīng)環(huán)路。他們用光纖記錄系統(tǒng)從一只鼠的腦干未定核神經(jīng)元中提取運(yùn)動信息，對神經(jīng)元活性信號解碼，再通過光遺傳學(xué)刺激傳遞給另一只鼠的腦干未定核神經(jīng)元。

“這個基于光學(xué)記錄和刺激的腦-腦接口實(shí)現(xiàn)了動物的高度同步化運(yùn)動，信息傳遞速率達(dá)到4.1 bit/s，比之前同類研究高2～3個數(shù)量級。”盧立輝說。

據(jù)介紹，這種新型腦-腦接口的優(yōu)點(diǎn)在于，可穩(wěn)定記錄有相似功能的特定細(xì)胞類型的神經(jīng)元活性，信噪比高，相對容易操作，而且避開多通道記錄的技術(shù)挑戰(zhàn)，降低了神經(jīng)信息解碼難度。