天津大學(xué)醫(yī)學(xué)部醫(yī)學(xué)院的一間實驗室內(nèi)，一臺小車正在緩慢移動，時而停頓，時而轉(zhuǎn)向，每次避障的路線都不同。

“控制它的是計算機嗎？”記者問。

“是，也不是�！碧旖虼髮W(xué)教授、腦機交互與人機共融海河實驗室片上腦機接口方向負責人李曉紅說。數(shù)米外，只見恒溫培養(yǎng)箱里，一顆直徑僅毫米級、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，通過導(dǎo)線與機器人相連�！崩顣约t說，有了它，協(xié)同智能交互系統(tǒng)就有了“生物計算機”的雛形。

給機器培養(yǎng)一個由干細胞發(fā)育而來、“活”的“生物大腦”，多年以來，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，她曾親眼見到腦機接口技術(shù)幫助失語患者，通過計算機將大腦意念轉(zhuǎn)化為文字，恢復(fù)與他人的交流。“很多疾病，醫(yī)生能用的方法有限，但工程方法卻帶來了希望。”李曉紅說，正是這份臨床體驗，讓她萌生了將生物腦與機器結(jié)合的念頭。

2019年，李曉紅進入天津大學(xué)工作，彼時，學(xué)校在腦機接口領(lǐng)域有研究基礎(chǔ)，但多聚焦于硬件與算法�！叭绻�完全轉(zhuǎn)向一個不熟悉的工程領(lǐng)域，我的優(yōu)勢在哪？”反復(fù)討論后，結(jié)合實驗室的整體部署和自己所在團隊的研究，李曉紅的攻堅方向逐漸清晰：自己深耕的干細胞技術(shù)，正是培育腦類器官的基礎(chǔ)，能否用干細胞在培養(yǎng)皿里“種”出一個類似人腦的結(jié)構(gòu)，再讓該結(jié)構(gòu)通過腦機接口與機器交互？“想法剛提出來時，大家覺得既科幻又艱難�！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胞，到精準控制培養(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�微型大腦，而是培育一個具備基本神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、能產(chǎn)生和響應(yīng)電信號的‘生物芯’�！崩顣约t說。

更難的是“對話”。如何讓“大腦”“看見”世界并“表達”意圖？研究團隊與南方科技大學(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。團隊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布滿數(shù)千個微型電極的芯片上，電極實時捕捉著神經(jīng)元發(fā)出的微弱電信號——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)”。

“雷達就是它的‘眼睛’，看到障礙物后，距離信息被編碼成電信號刺激腦類器官；腦類器官處理后產(chǎn)生的響應(yīng)信號，再被解碼為機器人的運動指令�！崩顣约t進一步解釋，“這模仿的正是我們?nèi)梭w‘感受—思考—行動’的基本邏輯�！闭麄�過程，科研人員并不預(yù)設(shè)具體指令，只是通過反復(fù)訓(xùn)練，引導(dǎo)其學(xué)會避障。

實驗顯示：一個未經(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，李曉紅既充滿希望，又坦言“道阻且長”。當前，腦類器官的規(guī)模（約10萬個神經(jīng)元）與芯片的電極密度，還遠不能與擁有約千億個神經(jīng)元的人腦相比�！暗�如果我們可以解決營養(yǎng)供給等難題，讓其長得更大，讓電極更精細地連接更多神經(jīng)元，它或許能夠做更多事情�！崩顣约t認為，生物計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。

無菌培養(yǎng)箱里，承載計算希望的“生物大腦”，仍在悄然生長�！　√旖虼髮W(xué)醫(yī)學(xué)部醫(yī)學(xué)院的一間實驗室內(nèi)，一臺小車正在緩慢移動，時而停頓，時而轉(zhuǎn)向，每次避障的路線都不同。

“控制它的是計算機嗎？”記者問。

“是，也不是。”天津大學(xué)教授、腦機交互與人機共融海河實驗室片上腦機接口方向負責人李曉紅說。數(shù)米外，只見恒溫培養(yǎng)箱里，一顆直徑僅毫米級、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，通過導(dǎo)線與機器人相連�！崩顣约t說，有了它，協(xié)同智能交互系統(tǒng)就有了“生物計算機”的雛形。

給機器培養(yǎng)一個由干細胞發(fā)育而來、“活”的“生物大腦”，多年以來，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，她曾親眼見到腦機接口技術(shù)幫助失語患者，通過計算機將大腦意念轉(zhuǎn)化為文字，恢復(fù)與他人的交流。“很多疾病，醫(yī)生能用的方法有限，但工程方法卻帶來了希望。”李曉紅說，正是這份臨床體驗，讓她萌生了將生物腦與機器結(jié)合的念頭。

2019年，李曉紅進入天津大學(xué)工作，彼時，學(xué)校在腦機接口領(lǐng)域有研究基礎(chǔ)，但多聚焦于硬件與算法�！叭绻�完全轉(zhuǎn)向一個不熟悉的工程領(lǐng)域，我的優(yōu)勢在哪？”反復(fù)討論后，結(jié)合實驗室的整體部署和自己所在團隊的研究，李曉紅的攻堅方向逐漸清晰：自己深耕的干細胞技術(shù)，正是培育腦類器官的基礎(chǔ)，能否用干細胞在培養(yǎng)皿里“種”出一個類似人腦的結(jié)構(gòu)，再讓該結(jié)構(gòu)通過腦機接口與機器交互？“想法剛提出來時，大家覺得既科幻又艱難�！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胞，到精準控制培養(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)。“我們不是制造一個微型大腦，而是培育一個具備基本神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、能產(chǎn)生和響應(yīng)電信號的‘生物芯’�！崩顣约t說。

更難的是“對話”。如何讓“大腦”“看見”世界并“表達”意圖？研究團隊與南方科技大學(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。團隊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布滿數(shù)千個微型電極的芯片上，電極實時捕捉著神經(jīng)元發(fā)出的微弱電信號——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)”。

“雷達就是它的‘眼睛’，看到障礙物后，距離信息被編碼成電信號刺激腦類器官；腦類器官處理后產(chǎn)生的響應(yīng)信號，再被解碼為機器人的運動指令�！崩顣约t進一步解釋，“這模仿的正是我們?nèi)梭w‘感受—思考—行動’的基本邏輯�！闭麄�過程，科研人員并不預(yù)設(shè)具體指令，只是通過反復(fù)訓(xùn)練，引導(dǎo)其學(xué)會避障。

實驗顯示：一個未經(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，李曉紅既充滿希望，又坦言“道阻且長”。當前，腦類器官的規(guī)模（約10萬個神經(jīng)元）與芯片的電極密度，還遠不能與擁有約千億個神經(jīng)元的人腦相比�！暗�如果我們可以解決營養(yǎng)供給等難題，讓其長得更大，讓電極更精細地連接更多神經(jīng)元，它或許能夠做更多事情。”李曉紅認為，生物計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。

無菌培養(yǎng)箱里，承載計算希望的“生物大腦”，仍在悄然生長。

人民網(wǎng)>>科普中國  2026年05月22日

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