給大腦配上“超級聽診器” 南開大學團隊研制機器人化主動膜片鉗系統
中新網天津5月26日電 (記者 孫玲玲)記者26日從南開大學獲悉,該校人工智能學院趙新教授團隊利用自主研發的機器人化主動膜片鉗系統,與山東中醫藥大學實驗動物中心團隊合作,成功記錄了清醒狨猴的神經元電生理信號,相關成果發表于《微系統與納米工程》(Microsystems& Nanoengineering)。
據介紹,這是國際上首次將機器人化主動膜片鉗技術應用于清醒非人靈長類動物的大腦電生理信號探測,標志著我國自主研發的精密科研儀器已具備實際應用能力,為前沿腦科學研究提供了技術支撐。
人類大腦擁有近860億個神經元,這些細胞通過沿著軸突傳遞電脈沖相互“交流”,構成了行為和認知的物理基礎。解析其細胞電生理機制,是當前腦科學研究的重點之一。榮獲1991年諾貝爾獎的膜片鉗技術,能夠像“聽診器”一樣精準檢測神經元之間微弱的電生理信號,被公認為腦科學研究的“金標準”。

然而,在清醒非人靈長類動物身上實現膜片鉗“微米級的貼合”幾乎是人工操作的極限。目前僅憑人工操作,經常性出現“操作盲、定位缺、動作拙、檢測難、跟不上”等問題,嚴重制約了腦科學研究的規模化探測。
“研發機器人化主動膜片鉗系統,不僅能降低實驗成本、提升成功率,還能實現大規模、智能化的全流程自主操作,攻克這一制約腦科學發展的技術瓶頸。”趙新說。
“這相當于賦予機器人接近外科醫生水平的精細操作能力,在確保對細胞傷害降至最低的同時,實現了電信號的精準檢測。”團隊成員之一、南開大學人工智能學院副教授趙啟立介紹。
依托該系統,研究團隊不僅在國際上首次完成清醒狨猴機器人化膜片鉗實驗,并利用該系統開展了阿爾茨海默病模型小鼠的研究,進一步驗證了其在不同動物模型中的廣泛適用性與推廣潛力。
趙新介紹:“面向清醒動物腦科學研究的機器人化主動膜片鉗系統的研制與應用,有助于降低當前腦科學研究的技術門檻,讓大規模、精準化的膜片鉗探測成為可能,為我國開展細胞級、亞細胞級的高精度腦科學研究提供重要技術支撐。”(完)
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