中国青年网天津11月21日电（见习记者 曹伟 记者 刘洪侠）在天津大学脑机交互与人机共融海河实验室（以下简称脑机海河实验室），天津大学教授、国家级青年人才郑晨光全神贯注地盯着屏幕上跳动的脑电信号波形。这些来自小鼠大脑的微伏级电波，承载着破解人类大脑“认知密码”的希望。另一边，天津大学教授、国家级青年人才杨佳佳带队聚焦于空间脑科学研究。随着中国航天事业的发展，大脑在太空中的变化成为重要研究课题。

　　2023年3月，由天津大学牵头建设的脑机海河实验室正式揭牌，这是天津市对标国家实验室建设成立的第6家海河实验室，实验室团队是国内最先从事脑机接口领域研究的团队之一。脑机海河实验室里，一支支科研团队聚焦脑机交互与人机共融领域核心技术，重点面向临床医学与神经工程、特种医学与人机工程等重大领域的工程应用，努力突破核心技术瓶颈。

　　解码记忆的奥秘

　　“记忆过程在时序上和功能上都极为复杂。”郑晨光介绍，“它支撑着我们的短时记忆、长时记忆、决策功能，以及像空间导航这样的日常功能。”

　　在郑晨光的实验室，研究人员通过一种特殊装置探索记忆的奥秘。这是一种极其细微的高通量电极，细如发丝，却装有上百个甚至上千个信号采集点。这种电极被植入小鼠大脑中与学习和记忆相关的多个脑区，实时监测大脑活动。当小鼠在虚拟现实空间中运动时，它会收集周围环境信息、空间位置信息、方向信息以及奖励信息，然后整合这些信息形成记忆，从而找到获得奖励的正确路径。

郑晨光教授在做实验。受访者供图

　　通过这种复杂的记忆范式，研究人员可以监测到大规模的神经元放电，并利用人工智能算法对这些海量数据进行解码，揭示学习记忆功能背后神经元的工作机制和连接关系。

　　郑晨光将她的研究思路概括为“由临床问题驱动基础研究，再回归临床应用”的路径。要找到提升阿尔茨海默病患者认知功能的方法，首先需要了解大脑如何在复杂网络中执行学习记忆功能。

　　“我们希望通过对神经元工作模式的研究，揭示大脑执行学习记忆功能的内在机理。”郑晨光表示。

　　在微观研究的基础上，团队正将研究成果向宏观应用转化。在患者身上，研究人员无法直接采集单个神经元信号，而是通过头皮采集无创的脑电信息。关键问题是：能否通过神经元信息找到规律，反馈给大脑外部信号，从脑电波形中揭示与阿尔茨海默病相关的特征波形？这是团队当前正着力解决的问题。

　　郑晨光说：“随着脑机接口技术不断突破，未来可能不再有家庭被阿尔茨海默病剥夺珍贵记忆。那些被遗忘的时光，有望重新被点亮。”

　　揭秘太空中的大脑

　　在脑机海河实验室里，一只小鼠被轻轻吊起尾巴，身体与地面成30度夹角。这不是普通的动物实验，而是模拟太空微重力环境的精密研究。

　　“这个后肢卸载模型的原理是基于太空中体液会重新分布，主要集中在生物体上半身。”杨佳佳解释道。通过这种30度尾吊的方法，研究人员能够在地面上模拟太空微重力环境对啮齿动物的影响。

　　团队还考虑了其他太空环境因素。他们获取了天宫二号上采集到的真实太空声音，将其作为噪声干扰因素加入实验。同时，狭小环境模拟和昼夜节律紊乱也被纳入实验设计，从而形成一套能够全面反映太空环境特征的地面模拟系统。

模拟太空微重力环境对啮齿动物的影响。受访者供图

　　杨佳佳描述道：“我们对小鼠进行两周到四周的模拟环境暴露，随后便可观察到它们行为表型的改变。”这些改变包括运动功能、情绪状态、焦虑抑郁程度以及社交功能等，团队通过高架十字迷宫、社交互动测试等不同的实验范式对这些变化进行精确评估。

　　团队通过高精度神经成像实验发现，前额叶皮层是应对太空环境变化的关键脑区。

　　“我们使用在体光纤记录技术观察前额叶神经元的活动。”杨佳佳指向实验小鼠介绍道，“大家看到这个小鼠脑子上面有一根小白棍，这其实是植入前额叶皮层的光纤。”

　　当小鼠进行特定行为时，前额叶神经元放电活动会以光信号形式变化，被研究人员精确采集记录。通过分析这些信号，团队能够揭示太空环境因素引起神经环路功能紊乱的潜在机制。团队进一步开发了针对性的干预策略，“我们通过精确控制超声参数与定位，实现了对前额叶环路的定向抑制或激活，为修复空间环境引发的神经功能异常提供了可能的解决方案。”

　　杨佳佳带领的航天脑科学小组虽然规模不大，但已取得多项突破，系列成果发表于精神病学与神经科学领域顶级期刊。

　　打造学科创新高峰

　　在天津大学，医工融合已成为支撑国家战略需求的重要力量。医学院副院长（学科建设负责人）孟琳介绍，学校近年来系统布局以脑机接口为代表的生物医学工程前沿方向，通过交叉学科牵引科技创新、医学创新与产业创新的深度融合。

　　“脑机接口不是孤立的单一技术，而是神经科学、工程科学、人工智能与临床医学的深度交汇。”孟琳表示。天津大学依托生物医学工程学科优势，构建了从底层芯片与电极、核心算法，到系统集成与平台构建的全链条技术攻关体系，实践重大项目牵引的人才培养新模式，在重大装备研制、临床试验验证、转化平台建设方面持续取得突破。多项脑机接口关键技术及装备已在医疗、特种医学等领域实现规模化应用。

　　面向“十五五”，前瞻布局未来产业已成为构筑国家竞争新优势的战略制高点。其中，脑机接口作为融合生命科学、信息技术与智能制造的交叉颠覆性领域，是引领新一轮产业变革的关键突破口。

　　孟琳表示，在“十五五”期间，天津大学医学院将进一步强化医工交叉牵引作用，推动以脑机接口为代表的新兴专业学科建设，加速面向未来产业的高层次人才培养。

　　“我们希望通过医工融合，推动实验室产出更多原始科技创新，并真正走进医院、走向产业，成为改善人民健康的新动能。”孟琳说。