勇于冒險 甘于艱苦 樂于和諧

? ? ? ?為加強實驗室安全管理，生醫工系主任蔣興宇教授于11月1日對課題組實驗室和辦公室開展安全檢查，重點對實驗室電氣使用、化學試劑存放及作業環境進行了隱患排查。 ? ? ? ?實驗室電氣插線板的安全使用是電氣安全隱患重點關注對象，蔣老師對組里插線板進行了全面檢查，嚴厲禁止插線板置于地面、插線板串接、插線板功率過載，并指定學生對插座連接口松脫現象進行了全面排查和整改，杜絕安全隱患。 ? ? ? ?化學試劑存放管理是化學品全流程管理的重點，蔣主任對課題組化學品存放進行了全面檢查。點對點要求學生做好化學品存放整改，不要將玻璃瓶裝試劑放置在實驗臺架上，防止玻璃瓶掉落。同時要求各位同學對自配試劑做好標簽，管制類化學品存放于管制品柜中并上鎖管理。 ? ? ? ?其他隱患排查還覆蓋特種設備安全、激光使用安全、病原微生物實驗室管理、動物實驗安全管理、實驗室照明等。本次檢查覆蓋面廣，檢查內容全面，整改要求及時到位，對組內實驗室辦公室安全起到較大的督促警示作用。   ? 采寫：鄧丹丹

? ? ? ?近日，南方科技大學生物醫學工程系肖凱課題組在學術期刊Nature?Communications上發表了題為“A nanofluidic chemoelectrical generator with enhanced energy harvesting by ion-electron Coulomb drag”的文章。生物系統通常依靠離子或者分子進行信息傳輸以及能量的交換和存儲，而當前的信息技術依賴于電子的傳輸。雖然后者響應速度快，傳輸效率高，但磁場、高溫和高濕等極端工作環境嚴重限制了電子器件的使用環境；與此同時，集成電路正在接近基于馮·諾依曼計算架構的摩爾定律的極限。近年來，受到生物系統的啟發，基于離子-電子的耦合器件表現出優異的適應性、機械柔韌性和類生物特性，使它們成為先進智能電子設備和生物智能之間溝通的潛在橋梁。 ? ? ? ?離子-電子耦合通常發生在液體和固體界面之間。通常，耦合過程可以分為三種基本類型：雙電層 （electric double layer，EDL） 電容過程；電化學氧化還原反應過程，以及贗電容過程。不同于上述被廣泛研究和應用的離子-電子耦合過程，本文提出 “離子-電子”庫倫拖拽效應，可實現離子電流和電子電流的直接交互和轉換。庫倫拖拽效應是指兩個空間相近但彼此絕緣的導電層構成了電雙層結構，在其中一層施加驅動電流會在另一層誘導產生開路電壓，即產生層間拖拽效應。“離子-電子”庫倫拖拽效應基于納米流體內離子傳輸和半導體中電子傳輸的互相作用，進而實現離子-電子的耦合過程。具體來說，在納米尺度下的離子移動行為可以誘導半導體中的自由電子移動，基于這一機制，本工作開發了一種納米流體化學發電機。如圖1所示，碳納米管膜內的納米離子流體由金屬和氧氣之間的自發氧化還原反應驅動。由于納米離子流體中離子和空穴之間巨大的質量差距（105?to 106），基于動量守恒定律，大量的自由電子在碳納米管膜中產生，進而實現了1.2 mA/cm2的放大電流。與此同時，單個納米流體化學發電機單元可以產生~0.8 V的電壓，并具有高達數十伏的線性可擴展性能。 圖1. NCEG原理圖及電輸出特性：(a) NCEG的結構示意圖：一個高度排列的多孔CNTM夾在一對金屬電極之間，這對金屬電極分別是金箔和含有鋁襯底的導電碳帶；(b) CNTM的形貌以及襯底AAO膜的XPS表征；(c)離子沿CNTM運動與CNTM中的自由電子被拖拽的離子庫侖拖拽效應示意圖；(d) NCEG在0.1 M NaCl電解液中產生的開路電壓和短路電流密度。   ? ? ? ?眾所周知，智能生物是基于離子定向流動（細胞上蛋白質通道控制離子輸運）形成的電勢信號（動作電位）進行信號的傳遞和信息的交互；和智能生物不同，固態電子器件是基于電勢驅動的電子流動盡心信號的傳輸，如何構筑離子-電子信號交互體系進而實現生物-器件（腦-機）無障礙交互是未來人機交互愿景中最基本的科學問題。本工作報道的基于庫倫拖拽效應的離子-電子耦合過程可實現“離子電流-電子電流”直接交互，有望搭建起電子信息和生物信息交流的新型高速通道。 ? ? ? ?南方科技大學為本論文第一單位，溫州大學聯合培養碩士生蔣義沙為論文第一作者，南科大生物醫學工程系2022級博士生劉文超為論文共同第一作者，南科大王濤博士、云南大學王毓德教授、溫州大學劉楠楠教授和南方科技大學副教授肖凱為論文通訊作者。本工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省重點實驗室項目和深圳市科技創新委員會的支持。 ? ? ? ?原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52892-4   ? ? ? ?肖凱教授課題組（“神經仿生材料與器件”實驗室）長期招聘博士后、科研助理和交流學生。課題組主要圍繞“神經仿生材料、類腦計算器件、神經調控技術”開展化學、材料、電子、生物等多學科交叉研究，自2021年成立以來，課題組自主培養的學生以南科大為第一單位在Nat. Commun., Sci. Adv.,?Angew. Chem.,等雜志發表文章20余篇，課題組多位成員獲批國自然面上項目（2項）、青年基金項目（3項）、博士后海外引才專項基金等。詳細信息見課題組網站：http://www.xiaokai-group.cn/。

? ? ? ?在機器人輔助的下肢運動康復訓練中，如何使外骨骼實時識別地形的變化并實現精準步態輔助？近日, 由南方科技大學生物醫學工程系張明明副教授指導的本科生與碩士生，以共同第一作者身份在國際TOP期刊IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics發表了研究論文 “Predicting Continuous Locomotion Modes via Multidimensional Feature Learning from sEMG”。該研究提出一個針對人體步態意圖預測的算法框架，獲得了連續步態預測與生活化地形遷移能力。該論文共同第一的兩位作者（本科生、研究生）分別獲得美國馬里蘭大學帕克分校和英國愛丁堡大學的全額獎學金博士項目資助。 ? ? ? ?為實現對人體下肢的運動意圖預測，提高下肢外骨骼在不同地形下的步態輔助控制策略的適應性。本團隊提出了一種基于表面肌電（sEMG）信號的多維特征學習模型，通過端對端自動提取并學習時-空-頻三個維度的sEMG信號特征，建立與下肢動作的映射關系，實現了連續步態意圖預測。此外，研究提出的Adaptive Voting方法，在連續數據窗的預測結果中捕捉步態變化趨勢，有效減少了預測結果中的擾動。本研究通過步態預測精度與提前預測時間進行了模型性能評估。 ? ? ? ?本研究探究了9種連續步態的預測（站立，跨越障礙，平地行走，上樓梯，下樓梯，上坡，下坡，側跨步，后退步），其中涉及15個步態切換。通過12位被試者的研究數據驗證表明，本方法有效提升了步態預測的準確率與魯棒性。提前250ms預測時，Deep-STF+Adaptive Voting 方法獲得95.58%準確率，顯著高于SVM等機器學習方法和CNN等深度學習方法。其中，研究提出的Adaptive Voting方法，結構簡單，易于與各種深度網絡結合，提高了深度學習網絡的預測結果魯棒性。此外，通過不同的數據滑窗策略，本方法實現最優分類精度為96.6%，預測時間為31.47ms；當預測時間延長到371.58ms時，預測精度仍有93.22%。除了實驗室場景的步態實驗，通過小實驗樣本校準，本模型在4個生活化場景的新地形中得到很好的步態預測效果，達到96.27%準確率。 ? ? ? ?本項目獲得國家重點研發計劃項目支持，與天津大學孟琳老師和中科院深圳先進院邰艷龍老師團隊展開項目合作交流。此外，本項目在國家級“大創計劃”中獲準立項。課題小組成員分別為本科生付沛文、張昱陽，熊雯萱以及碩士研究生鐘文娟。經張明明老師與林雨洲博士的指導，不斷探索，團結合作，克服困難，不斷打磨完成研究論文的書寫與發表。 ? ? ? ?在項目末期，團隊成員均獲得了豐富的科研經歷與成果。其中，付沛文和鐘文娟同學分別被馬里蘭大學帕克分校和愛丁堡大學的全獎博士項目錄取，張昱陽同學獲得保研名額并繼續留在本團隊深造，熊雯萱同學已前往新加坡國立大學進行為期兩年的本碩“1+1”課程學習。   南方科技大學腦-機器人康復技術實驗室PI簡介： 張明明，IEEE Senior Member，南方科技大學生物醫學工程系長聘副教授/博士生導師，腦-機器人康復技術實驗室PI。主要研究方向包括康復機器人及力反饋觸覺控制技術、人機物理與神經交互，和基于肌電/腦電信號的智能識別算法等。相關成果以第一或通訊作者身份發表在TFS、TII、TIE、T-Mech、TASE、TIM、TNSRE、RAL、JBHI、TBME、JNE、J NEUROENG REHABIL、J BIOMECH、ICRA/IROS等國際知名期刊或學術會議上，共計100余篇；已申請海內外專利40余項（授權20余項），出版英文專著1本。2019年起，擔任高水平學術期刊IEEE TASE、IEEE TNSRE、IEEE RAL、IEEE TMRB編委等。國際學術報告10余次，包括在2021 IEEE RCAR做題為“任務導向性機器人輔助康復技術”的Keynote Talk等。近5年先后主持國家自然科學基金2項、科技部重點研發計劃青年科學家項目、廣東省杰青等重要課題。

? ? ? ?近日，南方科技大學生物醫學工程系的博士一年級學生廖楚楚，以獨立一作身份在工程領域的國際著名SCI期刊IEEE Internet of Things（中科院一區，TOP期刊）發表了研究論文“Camera-Based Heart Rate Variability for Estimating the Maturity of Neonatal Autonomic Nervous System”（將基于相機的非接觸心率變異性監測用于評估新生兒自主神經系統發育的成熟度）。該研究獲得國家自然科學基金委員會的官方報道與關注！ 基金委報道鏈接：https://www.nsfc.gov.cn/csc/20340/20343/68170/index.html 學術論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10623830 ? ? ? 本研究屬于多中心臨床研究，與浙江大學麗水醫院黨委書記、院長紀建松教授（通訊作者）、深圳市第三人民醫院黨委副書記、院長盧洪洲教授（通訊作者），以及廣東省政協常委、南方醫院新生兒科主任楊杰教授開展深度緊密合作，在新生兒臨床數據采集和分析方面獲得大力支持！ ? ? ?? 為克服新生兒心肺功能發育不完善、無意識運動較多以及臨床環境復雜等挑戰，該醫工團隊針對性地提出了一個通過視頻非接觸監測心率變異性（Heart Rate Variability, HRV）的算法框架：通過自適應動態尋找皮膚灌注區域的策略和自主研發的脈搏波監測算法從視頻中獲取了穩健的脈搏波信號，并結合峰值檢測和異常值識別實現了12維HRV指標的非接觸視頻監測。基于72名新生兒的臨床研究表明，與從心電圖-HRV（金標準）對標，相機-HRV的整體性能優于接觸式血氧儀-HRV，對于新生兒的身體運動具有更強的魯棒性。該團隊進一步研究了相機-HRV與矯正胎齡的相關性，并探索了利用相機-HRV評估新生兒自主神經系統成熟度的可行性。基于監測的12維HRV指標，通過多種臨床可解釋性強的回歸模型和分類器對矯正胎齡進行回歸和分類（早產兒/足月兒）。實驗結果顯示，雖然相機-HRV在精準預測矯正胎齡上仍面臨挑戰，但在分類早產兒/足月兒上達到了90%的準確率和0.88的F1分數，表明其具備跟蹤新生兒自主神經系統階段性發育狀況的潛力。該研究在實現非接觸智能醫療監測技術國產化創新、優化新生兒監護管理、促進早產兒神經發育疾病早期診斷等方面具有重要意義。 ? ? ? 此外，國家工業和信息化部科技司與國家藥品監督管理局醫療器械注冊司聯合公示了《人工智能醫療器械創新任務揭榜掛帥優勝單位》，南方科技大學憑借“非接觸智能生命體征監護儀”項目，榮獲“人工智能醫療器械創新任務揭榜優勝單位”！ ? ? ? ?自2021年起，兩部委啟動人工智能醫療器械創新任務揭榜工作，遴選出221個具備顯著創新能力的單位集中攻關，推動人工智能醫療器械創新發展，以更好地服務人民群眾的生命健康。經過三輪從省市到國家的嚴格評審流程，南方科技大學以其自主研發的非接觸視頻生理監測技術成為“智能監護與生命支持產品”方向的揭榜單位之一。在為期兩年的揭榜攻關階段中，我系研發人員牽頭聯合深圳市第三人民醫院（盧洪洲院長團隊）和深圳市愛貝寶科技（iBaby）開展產品創新和臨床驗證，在條件極為艱苦的情況下（沒有項目前置配套經費，自費做科研轉化），省吃儉用、奮發努力完成了項目研發攻關，成功推出三款非接觸生命監護產品并實現海內外量產銷售，入選工信部養老產品推廣榜單，發表54篇學術論文（22篇SCI期刊論文），申請發明專利14件（7件國際發明專利），獲國家衛健委二等獎、三等獎，并最終通過了工信部-藥監局兩部委的聯合技術測評。深圳市僅兩家單位入選工信部本次揭榜掛帥生命監護類的“優勝單位”：南方科技大學和邁瑞醫療。 ? ? ? ?該醫工團隊將繼續創新非接觸健康監測技術，積極拓展其在醫療及民用市場的轉化業務。課題組誠招干勁足的本科生、碩士生、博士生、博士后、科研助理和嵌入式算法工程師，歡迎聯系：wangwj3@sustech.edu.cn

? ? ? ?2024年7月7日上午，深圳市科學館內人頭攢動，氣氛熱烈。由南方科技大學生物醫學工程系計算神經與控制實驗室傾力打造的“與人工智能同行”科普系列公開課，在此盛大啟動。這場旨在啟迪青少年對人工智能興趣的活動，吸引了超過600位各界嘉賓、家長和小朋友們的積極參與，與會觀眾共同見證了一場科學與智慧的盛宴。 圖1 公開課現場 ? ? ? ?啟動儀式上，來自該實驗室的在讀博士生于浩作為主持人，首先向深圳市科技協會、深圳市科學館表達了誠摯的感謝，尤其是對王棟會長及其團隊的高效率工作和無私奉獻致以崇高敬意，是他們的辛勤付出確保了公開課的順利啟動。同時，于浩還向深圳市電子學會新一代人工智能專業委員會、南方科技大學生物醫學工程系、未來教育中心、南方科技大學新一代人工智能教育研究中心以及南方科技大學的韓蔚教授和澳門大學的伍海燕教授等關鍵支持者表示了由衷的感謝。正是這些合作伙伴的傾力相助，為活動的成功舉辦奠定堅實基礎。 圖2 嘉賓致辭 ? ? ? ?作為本次活動的核心策劃者，南方科技大學助理教授劉泉影表示，她的心中始終懷揣著對科普教育的熱忱和對青少年成長的關懷。為了讓更多青少年領略到人工智能領域的博大精深，劉老師精心設計了這一系列前瞻性課程，旨在惠及廣大青少年，激發他們對人工智能領域的興趣與探索欲。 ? ? ? ?公開課的第一講由南科大生物醫學工程系在讀博士生魏晨主講，他以深入淺出的方式，向在場觀眾生動揭示了人工智能的魅力與挑戰，并鼓勵孩子們要敢于追尋自己的科學夢想，為未來的科技發展貢獻力量。 ? ? ? ?活動現場氛圍熱烈，孩子們的臉上洋溢著對知識的渴望，家長們則對這樣的科普活動給予了高度評價，認為它不僅拓寬了孩子們的視野，更激發了他們對人工智能的濃厚興趣。 圖3 公開課開講 ? ? ? ?據悉，“與人工智能同行”系列公開課涵蓋人工智能多個前沿領域，通過生動有趣的講解與互動體驗，讓孩子們在輕松愉快的氛圍中接觸并了解最新的科技知識。本次活動的成功啟動，標志著該系列課程正式拉開帷幕，未來將在7月份的每個周日持續進行，為更多青少年帶來精彩的科普盛宴。 ? ? ? ?敬請關注后續課程，精彩內容，即將呈現！

? ? ? ?近日，南方科技大學生物醫學工程系肖凱副教授團隊和機械與能源工程系劉吉副教授、國家納米中心涂斌副研究員在Device期刊上合作發表了題為“Artificial Nerve for Neuromodulation based on Structured Piezoionic Hydrogel”的研究型文章。 ? ? ? ?該研究受傳入神經元觸覺小體的壓力感知機制啟發（即壓感離子蛋白通道），成功制備了基于定向微尺度纖維結構水凝膠的離子壓電仿生神經元，利用結構化水凝膠中壓力驅動的離子遷移實現壓力傳感、時空整合和神經調控等復雜功能，展現了其在神經假肢應用方向的潛力。 ? ? ? ?壓力感知連接智能生命和外部世界，輔助生物感知環境變化，是人機交互的重要組成部分。為實現傳感交互，傳統壓力傳感系統需要高密度的傳感器陣列以及光遺傳學界面實現壓力信號到生物電信號的轉換，存在信號錯配的問題。而生物感知系統是由機械感受器、傳入神經和連接突觸組成的“感算存”一體化系統，通過壓力響應的Ca2+離子通道和膜電位響應的Na+、K+通道的離子傳輸，實現觸覺感知和神經信號傳遞，能耗極低(<20 W)。因此，借鑒智能生命的感知機制，探索基于離子遷移的仿生壓力感知神經元器件，很可能打破人機交互所面臨的信號匹配和能耗問題。 圖1 生物觸覺感知系統和離子壓電仿生神經元的工作機理示意 ? ? ? ?受生物觸覺的啟發，我們報道了一種基于結構化離子壓電水凝膠的仿生神經元，具有壓力傳感，時空整合和神經調控的一體化功能（圖 1）。組成仿生神經元的結構化水凝膠包含定向排列的聚對苯二甲酸乙二酯（PET）微纖維，基于帶電凝膠網絡中離子擴散系數不同實現壓力刺激到生物電信號的轉換，壓電轉換靈敏度達到0.043 mV/kPa。進一步，通過搭建神經界面（圖 2），仿生神經元的離子壓電信號（電勢幅度30 mV,電流密度 65 μV/cm2）可以直接被大鼠坐骨神經識別，并激發相連肌肉組織產生肌電信號。該離子壓電仿生神經元可通過改變刺激頻率和持續時間來激活外周神經和相連肌肉產生不同類型的肌電信號，為基于壓力感知的神經接口通信提供了一種設想，在智能假肢應用領域具有很大發展空間。 圖2 基于離子壓電信號的外周神經電調控 ? 文章信息： 第一作者：戴季卿 通訊作者：涂斌，劉吉，肖凱 合作單位：南方科技大學，中國科學院國家納米中心，中國科學院大學 DOI:?https://doi.org/10.1016/j.device.2024.100436 免費下載鏈接: https://authors.elsevier.com/a/1jJzK9UPy1cQBh

我系張博副教授榮獲“最受本科畢業生歡迎任課教師”

我系和爽、傅爽當選南科大2024年“十佳畢業生”

? ? ? ?2024年6月2日，由廣東省生物醫學工程學會主辦，南方科技大學生物醫學工程系承辦的“第三屆廣東省大學生生物醫學工程創新創業設計競賽”決賽在深圳南方科技大學圓滿落幕。本屆競賽首次采用了創新、創業兩個賽道同場競技，得到了廣東省以及全國各大高校的積極響應，共收到241份參賽作品。經初賽評審專家匿名評審，60項作品進入全省總決賽角逐一、二等獎。 圖丨參會人員合影 ? ? ? ?決賽開幕式上，廣東省生物醫學工程學會常務副理事長、中山大學教授張超致開幕詞，深入闡述了本次競賽的舉辦初衷和核心理念，對南方科技大學生物醫學工程系在賽事組織中所展現出的嚴謹負責態度給予了高度評價，并代表廣東省生物醫學工程學會向大力支持此次競賽的各兄弟高校及社會各界表示感謝。 圖丨張超教授致開幕詞 ? ? ? ?隨后，南方科技大學黨委副書記、工會主席張凌代表學校黨委及全體師生，對遠道而來的嘉賓、評委表示歡迎，并向所有積極參與本次競賽的同學們表達誠摯祝愿。張書記的致辭不僅展現了南方科技大學對本次大賽的高度重視，也體現了學校對青年學生創新精神和創業能力的充分認可。 圖丨校黨委副書記張凌致詞 ? ? ? ?南方科技大學工學院黨委書記、副院長貢毅書記上臺發言，他激勵參賽同學們要勇于發揮想象，敢于創新，積極投身科技前沿，為生物醫學工程領域的發展貢獻青春力量。 圖丨工學院黨委書記貢毅致詞 ? ? ? ?作為本次競賽承辦方負責人，南方科技大學生物醫學工程系副教授張明明發言，詳細解讀了本次競賽的規則與注意事項，確保比賽的公平公正。值得一提的是，本次現場決賽采用了全程網絡直播，這不僅為競賽營造了公開透明的良好氛圍，也為廣大觀眾提供了一個近距離了解生物醫學工程領域創新成果的窗口。 圖丨生醫工副教授張明明致詞 ? ? ? ?比賽現場，參與本次決賽的60支隊伍根據參賽類別及抽簽序號被分為五個分會場，同步進行項目展示和答辯。各參賽隊伍精神飽滿、表達流暢，面對專家們的提問，參賽選手們認真作答，虛心聽取寶貴建議，展現了扎實的學術功底和謙遜的學習態度。整個比賽現場學術氛圍濃厚，充分彰顯了生物醫學工程領域的創新活力和發展潛力。 圖丨競賽現場 ? ? ? ?來自全國各大高校、科研機構以及生物醫藥與健康產業前沿企業的25位資深專家學者組成了強大的評審團，對參賽作品進行了全面、細致的評審。經激烈角逐，本次生物醫學工程創新競賽15個作品憑借其卓越的創新性和實用性榮獲一等獎，44個項目展現了出色的科研實力和應用價值，榮獲二等獎。此外，還有66個項目在初賽階段便憑借扎實的基礎和獨特的創意獲得了三等獎的認可。南方科技大學生物醫學工程系系主任、講席教授蔣興宇在點評環節表示，這些獲獎作品不僅代表了生物醫學工程領域的最新成果，也展現了參賽者們的創新思維和科研實力。 圖丨生醫工系主任蔣興宇作點評 ? ? ? ?據悉，廣東省大學生生物醫學工程創新創業設計競賽，旨在為廣大學子提供一個展示才華、交流學習的平臺，激發創新創業熱情，培養具備創新精神和實踐能力的生物醫學工程人才。生物醫學工程作為現代科技與醫學領域深度融合的交叉學科，不僅推動了前沿科學進展，也為人類健康事業的發展注入了強大動力。 圖丨獲獎學生合影

? ? ? ?近日，南方科技大學生物醫學工程系2021級本科生牟新語，以第一作者身份在國際著名SCI期刊Nature Scientific Data（影響因子9.8）發表了數據集論文“ChineseEEG: A Chinese Linguistic Corpora EEG Dataset for Semantic Alignment and Neural Decoding”（用于語義對齊和神經解碼的中文語料庫腦電數據集）。該研究為中文AI模型與腦電對齊提供了開放的數據集，引起國內外神經科學、自然語言處理、語言學領域的重點關注。 ? ? ? ?在當今社會，隨著腦科學和自然語言處理等技術的不斷進步，我們對于大腦與語言之間關系的探索也日益深入。通過分析豐富文本刺激所引發的神經信號，我們能更深入地了解大腦是如何處理語義信息的，這不僅能夠提高我們對大腦編碼機制的認識，還能為腦機接口中語義解碼等一系列任務的設計和性能提升帶來幫助。 ? ? ? ? 在眾多腦影像技術中，腦電圖（Electroencephalogram，簡稱EEG）因其無創性、非侵入性、高時間分辨率以及低成本等優勢，已成為腦機接口、語義解碼等任務的熱門技術，展現出廣泛的應用潛力。目前，以外文自然語言為刺激的EEG數據集已相對完善。然而，面向大規模中文語料的腦電數據集構建仍然是一個空白領域，這一狀況嚴重制約了中文語境下大腦語言表征機制的研究，同時也限制了基于中文語境的BCI技術的準確性。 ? ? ? ? 因此，我們設計了一套針對中文閱讀任務的實驗方案，并基于這一方案構建了一個基于中文語料刺激的高通道EEG數據集ChineseEEG。圖1展示了該數據集的實驗范式和所收集的數據模態。在數據采集過程中，被試在靜默狀態下跟隨屏幕上的高亮指示閱讀中文讀物《小王子》和《狼王夢》。該數據集收集了10名被試在中文閱讀任務刺激下產生的高通道EEG數據和同步眼動數據，其中每位被試的數據記錄時間長達12小時。除了長時間的EEG記錄和眼動數據，我們還為該數據集提供了詳細的EEG預處理方案（如圖2所示），并提供了多個版本的預處理數據以供研究者使用。此外，該數據集還提供了使用預訓練語言大模型提取的閱讀刺激材料的語義嵌入，極大地便利了神經科學和自然語言處理領域的學者。該數據集已嚴格遵循腦影像數據存儲規范BIDS格式進行了整合。其詳細的結構如圖3所示。 圖1 實驗設備，實驗范式和相關數據模態 ? 圖2 數據預處理流程 ? ? ? ? ?ChineseEEG數據集為神經科學、自然語言處理和語言學領域的研究提供了重要支持。這一數據集不僅可作為中文語義解碼等技術任務的基準，推動腦機接口技術的發展，還可促進科學問題的討論，幫助研究者深入了解大腦在中文語境下如何處理和編碼語義信息。此外，ChineseEEG數據集中提供的多模態和多版本預處理數據及衍生數據，將推動神經科學、自然語言處理與語言學等相關領域研究方法的融合，為跨學科研究提供寶貴的資源。例如，研究者可以利用這些數據探索如何有效地對齊大型語言模型與人類認知過程。最后，該項目所提供的任務范式、相關材料和開源代碼，也為同行研究者進一步探索這一領域提供了參考。 圖3 數據集結構 ? ? ? ? ?本研究獲得天橋腦科學研究院（TCCI）MindD計劃，澳門科學技術發展基金（FDCT），廣東省自然科學基金，深港澳科技計劃項目，澳門大學SRG資助的支持。 ? ? ? ?本研究通訊作者為南方科技大學生物醫學工程系劉泉影助理教授和澳門大學認知與腦科學中心伍海燕助理教授。共同第一作者為南方科技大學生物醫學工程系2021級本科生牟新語，澳門大學碩士生何翠琳和譚力維。牟新語同學目前在劉泉影教授領導的NCC Lab參與基于腦電信號的預訓練大模型構建和語義解碼數據集構建等科研項目，未來將在腦科學與人工智能的交叉領域繼續深入研究！ ? ? ? ?此外，劉泉影老師指導的神經計算與控制實驗室（NCC lab）本科生積極參與科研，研究成果豐富。其課題組本科生以第一作者身份在CCIE會議（夏中燁，22級本科生）、NeurIPS會議（黃日涵，20級本科生）、IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems（尹沫文，19級本科生）等會議和雜志發表成果。歡迎本科生們加入生物醫學工程系劉泉影課題組NCC lab。     引用： Mou. X.#, He. C.?#, Tan. L.?#,?Yu. J., Liang. H., Zhang. J., Tian. Y., Yang. Y., Xu. T., Wang. Q., Cao. M., Chen Z., Hu C., Wang. X., Liu. Q.?*, & Wu. H.?*?(2024). ChineseEEG: A Chinese Linguistic Corpora EEG Dataset for Semantic Alignment and Neural Decoding. Biorxiv. https://doi.org/10.1101/2024.02.08.579481 #:共同第一作者 *:共同通訊作者  

? ? ? ?近日，南方科技大學生物醫學工程系李喆副教授和普渡大學DNA納米技術專家毛成德教授在學術期刊Science上發表了題為“Engineering colloidal crystals molecule by molecule”的展望性評述文章[1]（圖1）。該評述介紹了同期Science期刊發表的兩篇用DNA分子精確可控構建膠體晶體的研究論文，并對工作中的研究背景、技術要點和發展前景進行了評述。 圖1 DNA膠體晶體的工程化構建[1]   ? ? ? ?基于分子設計的晶體工程已經為醫學、催化、光學和電子學等領域帶來了許多科學技術進步。區別于分子晶體，膠體晶體通常是由膠體粒子而非單個分子排列而成的高度有序結構。雖然科學家們對膠體晶體進行了長期的研究，但是與分子晶體所能達到的控制水平相比，在膠體晶體中實現高精度的結構設計和復雜的編程調控仍然是一個重要的挑戰。 ? ? ? ?傳統的膠體粒子在尺寸均勻性、形狀控制、多分散性以及顆粒間相互作用的調節上存在許多局限性。相比之下，DNA 折紙——一種由成百上千條DNA單鏈自組裝形成的納米結構，可以對這些性質進行納米級別精度的編程。盡管十多年前人們就意識到了 DNA 折紙在膠體組裝中的潛力，但是實現DNA膠體晶體經歷了漫長的試驗和犯錯。編程DNA膠體晶體存在許多挑戰：例如，DNA結構和相互作用的柔性可能導致組裝坍塌或扭曲；非特異性相互作用可能導致錯誤組裝；過強的相互作用設計可能讓DNA折紙微粒進入動力學陷阱而發生無規聚集，阻礙它們組裝成熱力學上更穩定的有序結構。 ? ? ? ?在最新一期Science中，慕尼黑大學Tim Liedl課題組Gregor Posnjak等人創建了一種基于DNA折紙的立方金剛石膠體晶體[2]。這種膠體晶體中，DNA折紙顆粒以與金剛石中碳原子相同的方式排列。金剛石這類晶格具有大的開放空間，從能量的角度來說是不穩定的，因此在過去的膠體晶體設計中的成功率很低。作者設計了一種DNA折紙四足體來實現金剛石膠體晶體的組裝。四足體的四個臂沿著正四面體的方向延伸，每個臂的末端是單鏈DNA尾部。尾部攜帶互補的DNA序列，能夠相互雜交引導相鄰的四足體以60°交錯的扭轉角度連接。研究發現，兩個相鄰的四足體間需要形成交錯而非重疊的構象才能引導正確的晶體組裝。同時，DNA雜交的相互作用強度必須足夠微弱，才能組裝出晶面清晰、有序性強的金剛石膠體晶體。 圖2 DNA折紙金剛石膠體晶體的分子設計和自組裝[2]   ? ? ? ?在同期Science的另一篇研究工作中，亞利桑那州立大學Petr ?ulc課題組Hao Liu等人建立了一個強大的計算實驗框架，構建基于?DNA 折紙的膠體晶體自組裝[3]。在模擬中，作者將 DNA 折紙視為表面上具有多個相互作用區域的球形顆粒，并使用反饋回路來推進有利于晶格形成的設計，并排除導致競爭性組裝的設計。經過一定次數的迭代，作者在計算機上高產率地獲得了燒綠石晶格（一種正四面體頂點相互連接的三維排列）。作者進一步在實驗中將DNA八面體以及二十面體折紙組裝成燒綠石晶格，證實了模擬結果。 圖3 DNA折紙燒綠石膠體晶體的分子設計和自組裝[3]   ? ? ? ?在評述中，李喆副教授和毛誠德教授指出，成功組裝DNA膠體晶體的關鍵在于顆粒間相互作用的設計。在Posnjak等人的方法中，相鄰四足體之間多個分子相互作用可以約束四足體的交錯角度促進晶體組裝；在Petr ?ulc等人的方法中，模擬方法搜索和確定了多組相互作用，利用多價性和特異性將DNA折紙顆粒固定并堆積在所需的晶格位置。評述最后還對DNA膠體晶體領域的發展進行了展望：進一步調整設計參數和實驗條件有望實現尺寸更大、組裝更為有序的DNA膠體晶體，這會影響膠體晶體的性質并進步拓展它們的應用。通過設計單個DNA折紙顆粒及其相互作用，有望在膠體晶體實現前所未有的復雜晶體結構。這些新型的膠體晶體可以在與紫外線和可見光波長相當的長度尺度上排列材料元件，構建光學超材料。結合動態DNA納米技術，這些高度可編程的膠體晶體可以被進一步設計成響應性和可重構的光學器件，并能夠以以前無法達到的精度來操縱光。 ? ? ? ?南方科技大學為論文的第一單位，生物醫學工程系李喆副教授是評述論文的第一作者和共同通訊作者。李喆副教授多年來致力于生物納米技術的研究，特別是生物大分子的晶體設計。他在博士和博士后期間分別師從DNA納米技術領域專家毛成德教授和蛋白質設計專家、美國科學院院士David Baker教授，提出了多種原創性的晶體設計思路和改造方法，包括高穩定性和動態響應性DNA三維晶體設計[4,5]，以及蛋白質三維晶體的計算設計[6]。例如，在2023年Nature Materials期刊上題為“Accurate computational design of three-dimensional protein crystals”的論文中， 李喆博士、王順智博士和Una Nattermann博士提出了一種精確設計蛋白質三維晶體的通用方法。這種開創性的方法實現了原子級別精確的蛋白質晶體設計，并且在蛋白質分子的初級序列中編碼了晶體材料的自組裝信息，為結構生物學研究和生物材料工程提供了強大的平臺。 圖4 蛋白質三維晶體的計算設計[6]   論文鏈接： [1]?https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp4370 [2]?https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl2733 [3]?https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl5549 [4]?https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b06613 [5]?https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202200441?af=R [6]?https://www.nature.com/articles/s41563-023-01683-1