近日，南開大學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。

　相關成果於近日發表於學術期刊《微系統與納米工程》上，為前沿腦科學研究提供了技術支撐。

　神經元是大腦最基本的功能單位。想要解開大腦的奧秘，首先要聽懂神經元的「私語」。被譽為「可以傾聽細胞聲音」的膜片鉗技術，是獲取單細胞電生理信號的關鍵手段，已成為解開各種複雜腦科學問題謎團的鑰匙之一。

　然而，這把「鑰匙」極難打造。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。相比於麻醉狀態下的相對靜止，清醒狀態下動物的大腦皮層是一個極其「複雜動蕩」的環境，對操作精度和響應速度提出了更高要求。目前僅憑人工操作，經常出現「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。

　2021年，趙新團隊牽頭獲批國家自然科學基金國家重大科研儀器研製項目「面向清醒動物腦科學研究的機器人化主動膜片鉗系統」，聯合天津醫科大學、天津大學和中國科學院昆明動物研究所團隊，開展為期5年的跨學科系統性協同攻關。

　研究團隊實現了多項技術突破，讓膜片鉗能夠「跟得上」 「顯示清」「定位準」「動得巧」。在操作執行環節，實現了細胞緊密貼附、平穩封接、低擾動定量破膜、平衡膜片剝離和精準檢測。

　「這相當於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說。

　依託該系統，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，並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。

　趙新說：「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製與應用，有助於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。」◇