创新系统增强神经学研究中的生物人工相互作用

开展活体细胞与人造细胞之间的生物混合实验对于开发下一代基于神经形态的神经假体必不可少。为了实现这一目标，来自法国、日本和意大利的团队开发了一种新工具来研究神经科学中的闭环相互作用。

目前，神经系统疾病的药物治疗仍然有限，这推动了人们对有前途的替代方法的探索，例如电疗法。生物电子学和神经形态工程领域的最新研究促进了用于修复大脑的新一代神经假体的开发。然而，要充分发挥它们的潜力，需要更深入地了解生物混合相互作用。

在《自然通讯》发表的一篇新文章中，作者介绍了 BioemuS，这是一种低成本、嵌入式、灵活且实时的仿生工具，可以进行生物混合实验，以实时模拟生命系统。这个新系统简化了对生物物理详细神经网络动态的研究和复制，同时优先考虑了成本效益、灵活性和易用性。

该研究的主要作者罗曼·博博瓦 (Romain Beaubois) 表示：“我们展示了使用标准生物物理接口和各种生物细胞进行生物混合实验的可行性，以及实时模拟不同的网络配置。”

该嵌入式系统为闭环应用提供了一种实时、经济高效且用户友好的解决方案，解决了当前高性能替代方案中普遍存在的可访问性挑战。与基于服务器的基础设施或复杂系统不同，这些系统可能成本高昂且难以集成到实验装置中，而这种新解决方案优先考虑简单性和可访问性。值得注意的是，尽管有 GPU 加速计算，但即使是软件替代方案也经常难以实现闭环应用所需的低延迟。

“我们认为我们的系统是朝着开发用于生物电疗法的神经形态神经假体迈出的关键一步，能够在相当的时间范围内实现与生物网络的无缝通信。BiœmuS 的嵌入式实时功能增强了实用性和可访问性，扩大了其在生物混合实验中实际应用的潜力，”该研究的资深作者兼通讯作者 Timothee Levi 解释道。

“该系统是我们跨学科合作的里程碑式成果。”文章资深作者 Yoshiho Ikeuchi 宣布道。“过去几年，我们一直在合作和交流想法。我们最近在《自然通讯》上发表了另一篇合作文章，文章中我们报道了两个脑类器官之间的连接增强了它们的活性和复杂性。我们希望通过分享这些进展并与科学界进行有效沟通，从而制作出更好的神经元表征和功能化系统。”

这项研究强调了多学科项目和国际合作的重要性。波尔多大学和​​法国国家科学研究院的 Beaubois 博士和 Levi 教授通过 IMS 和 LIMMS 实验室开发了这种用于模拟生物动力学的实时工具。随后，该工具与东京大学工业技术研究所的 Ikeuchi 教授合作，用于体外针对类器官的生物混合实验，并与热那亚大学 DIBRIS 的 Chiappalone 教授合作，应用于啮齿动物体内实验。