科學家構建新型光學腦—腦接口

埃隆·馬斯克展示的腦機接口系統曾引發刷屏。如果不只讓腦機相連，而直接實現腦與腦的信息傳輸，又會怎樣？北京腦科學與類腦研究中心羅敏敏實驗室利用光纖記錄和光遺傳學激活技術構建了一個光學腦—腦接口，在兩只小鼠間實現了高速率的運動信息傳遞，從原理上驗證了腦—腦接口跨個體精確控制動物運動的可能性。研究結果發表在《中國科學：生命科學》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顱磁刺激技術刺激另一只動物大腦皮層，從而提出腦—腦接口的概念。” 該研究第一作者盧立輝介紹。

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

這項研究基于該實驗室此前研究發現，腦干未定核神經元活性可預測動物運動速度。研究人員利用了光纖記錄和光遺傳學技術，以及可精確預測和調控動物運動速度的神經環路。他們用光纖記錄系統從一只鼠的腦干未定核神經元中提取運動信息，對神經元活性信號解碼，再通過光遺傳學刺激傳遞給另一只鼠的腦干未定核神經元。

“這個基于光學記錄和刺激的腦—腦接口實現了動物的高度同步化運動，信息傳遞速率達到4.1 比特/ 秒，比之前同類研究高2—3 個數量級。” 盧立輝說。

據介紹，這種新型腦—腦接口的優點在于，可穩定記錄有相似功能的特定細胞類型的神經元活性，信噪比高，相對容易操作，而且避開多通道記錄的技術挑戰，降低了神經信息解碼難度。