Die als „schwarze Technologie“ bezeichnete Brain-Machine-Interface-Technologie (BMI) hat sich erneut „weiterentwickelt“. Vor Kurzem hat das Team des Haihe Lab für Brain-Machine Interaction und Human-Machine Coexistence der Tianjin University in Zusammenarbeit mit Teams der Southern University of Science and Technology das weltweit erste Open-Source-On-Chip-System für intelligente Brain-Machine-Interaktion entwickelt: MetaBOC. Dieses System ermöglicht eine unbemannte Steuerung, um das „Gehirn“ für Aufgaben wie Hindernisvermeidung, Verfolgung und Greifen durch Roboter zu trainieren und eine Vielzahl von Brain-Computing-inspirierten Aufgaben zu erfüllen.

Die Kommandozentrale des Systems ist das kultivierte „Gehirn“. Das Team hat erstmals international die Rolle physikalischer Felder bei der Förderung des Wachstums und der Entwicklung menschlicher gehirnähnlicher Organe bestätigt und die Prinzipien und Mechanismen von fokussiertem Ultraschall niedriger Intensität bei der Regulierung des Gehirns geklärt. Dies bietet MetaBOC, einem On-Chip-Schnittstellensystem für Gehirn und Maschine, eine bessere Grundlage für intelligente Fähigkeiten. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der internationalen Fachzeitschrift „Brain“ im Bereich der Neurowissenschaften veröffentlicht.

Das menschliche Gehirn gilt als die komplexeste Substanz der Welt. Angesichts der Fusion und Interaktion zwischen der nächsten Generation von Lebensformen und Nicht-Lebensformen erregt derzeit die Frage, wie man durch die In-vitro-Kultivierung von „Gehirnen“ mithilfe der Stammzellentechnologie „Gedankenkontrolle“ erreichen kann, auf dem Gebiet der On-Chip-Gehirn-Maschine-Schnittstellenforschung große akademische Aufmerksamkeit.

„Die On-Chip-Gehirn-Maschine-Schnittstelle ist eine Technologie, die im Labor kultivierte ‚Gehirne‘ (wie gehirnähnliche Organe) mit Elektrodenchips verbindet, um ein On-Chip-Gehirn zu bilden. Dadurch wird die Interaktion mit externen Informationen durch Kodierung und Dekodierung sowie Stimulation und Feedback ermöglicht“, erklärte Professor Ming Dong, Vizepräsident der Universität Tianjin und Leiter des Haihe-Labors für Gehirn-Maschine-Interaktion und Mensch-Maschine-Koexistenz. Er ist überzeugt, dass On-Chip-Gehirn-Maschine-Schnittstellen als wichtiger neuer Zweig im Bereich der Gehirn-Maschine-Schnittstellen die Entwicklung zukunftsweisender Technologien wie hybrider Intelligenz und gehirnähnlichem Rechnen revolutionieren werden.

Derzeit steckt die Konstruktionstechnologie für On-Chip-Gehirn-Maschine-Schnittstellen noch in den Kinderschuhen und umfasst mehrere Schlüsselelemente wie intelligente Grundlagen, Kommunikation, Migration und Integration. Dabei fungiert die intelligente Grundlage als zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) des intelligenten Körpers und dient als Kern für die Erzielung der On-Chip-Gehirnintelligenz mit dem Ziel, das Gehirn effizient zu simulieren und zu dekodieren.

„Die gehirnähnlichen Organe, die gegenwärtig als das vielversprechendste intelligente Grundmodell gelten, weisen trotz ihrer Struktur und Funktion dem menschlichen Gehirn noch immer Engpässe auf, wie etwa mangelnde Reife und unzureichende Nährstoffversorgung“, räumte Professor Xiaohong Li von der medizinischen Fakultät der Universität Tianjin ein, der das On-Chip-Gehirn-Maschine-Schnittstellenteam am Haihe-Labor für Gehirn-Maschine-Interaktion und Mensch-Maschine-Koexistenz leitet.

Durch ihre Forschung entdeckte das Team, dass fokussierter Ultraschall niedriger Intensität die Vermehrung neuronaler Vorläuferzellen und die Differenzierung von Neuronen erheblich fördern, die Dicke kortikaler Platten mit klarerer Schichtung erhöhen, die synaptische Struktur und funktionelle Reife verbessern und letztlich ein dreidimensionales neuronales Netzwerk mit hoher Komplexität und Rechenkapazität bilden kann. Dies bietet eine bessere intelligente Grundlage für On-Chip-Gehirn-Maschine-Schnittstellen.

Die Studie bestätigt außerdem, dass fokussierter Ultraschall niedriger Intensität die Integration und Interaktion zwischen gehirnähnlichen Organen und Wirten fördern sowie zur Regeneration und Reparatur neurologischer Entwicklungsstörungen beitragen kann. Diese ersten Ergebnisse zeigen die potenzielle Anwendung von On-Chip-Gehirnsystemen im Bereich der medizinischen Rehabilitation.

Das intelligente Interaktionssystem MetaBOC mit der On-Chip-Schnittstelle zwischen Gehirn und Maschine umfasst vier Hauptmodule, die für On-Chip-Gehirne unterschiedlicher Dimensionen geeignet sind, mit unterschiedlichen Stimulationsparadigmen ausgestattet sind, künstliche Intelligenztechnologie integrieren und Multitasking ermöglichen.

In der Zukunft wird das Team wichtige wissenschaftliche Themen wie intelligente Kommunikation, intelligente Migration und intelligente Integration von On-Chip-Gehirn-Maschine-Schnittstellen weiter erforschen, mit dem Ziel, die Umsetzung dieser Technologie in praktische Anwendungen zu beschleunigen.