深圳先进院李光林研究员团队先后在Science子刊Science Advances发表两项研究进展

      在刚刚过去的10月，中国科学院深圳先进技术研究院集成所神经工程研究中心李光林研究员团队的邰艳龙和唐为课题组先后在 Science 子刊 Science    Advances发表了两项研究进展。

1、Science Advances | 一种具有三维景深感知的人工遥感触觉器件

      10月26日，集成所神经工程中心与德国马克思普朗克聚合物研究所有机电子研究团队合作，以深圳先进院为单位发表题为“An artificial remote tactile device with 3D depth-of-field sensation”的文章。朱珊珊助理研究员为作者，李光林研究员、Prof. Paschalis Gkoupidenis和邰艳龙研究员为共同通讯作者，深圳先进院脑认知与脑疾病研究所李骁健研究员等人对该论文脑机接口方面提供支持。

图1 An artificial remote tactile device with 3D depth-of-field sensation文章线上截图

       柔性触觉神经形态器件已成为人机协同发展的重要动力，然而，用人工智能实现其功能并进一步超越人类智能还面临着许多障碍与挑战。在这项工作中，研究团队提出了一种可拉伸自供能三维遥感触觉器件(3D remote tactile device, 3D-RTD)，其通过导电-介电异质结构实现对外界物体在景深方向(depth-of-field, DOF)机械运动的感知。该器件能够通过感知信号的正/负、频率及振幅与外界物体DOF运动建立精确的逻辑关系。其感知机制通过静电场理论和多物理场模拟来揭示，感知性能通过微观/宏观交互的人工-生物混合系统进行验证。最后，作为神经界面贴片，3D-RTD的感知增强和辅助交互功能在避障场景中进行了演示，即大鼠在昏暗的环境中行走，在非接触状态下感受到潜在危险并传递信号给大脑，同时发生动作反馈，实现感觉-感知-交互全过程，这是传统的二维接触式传感器无法实现的。该工作展示了3D-RTD的场景联系与逻辑识别能力，并可与生物感知相结合，为多模态神经形态器件和类脑智能提供了一种新的选择。

图2 一种超越皮肤功能的三维景深触觉器件

       该工作得到了中国科学院人机智能协同系统重点实验室、粤港澳人机智能协同系统联合实验室、深圳人工智能与机器人研究院及国家自然科学基金、中国科学院海外人才项目、中国博士后基金、深圳市科技计划、深圳先进院创新基金等资助。

       全文链接https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo5314

2、Science Advances |光催化调控关节炎滑膜微环境研究

       10月5日，集成所神经工程中心李光林研究员团队的唐为副研究员课题组联合上海交通大学氢科学中心何前军教授合作发表题为“NIR-photocatalytic regulation of arthritic synovial microenvironment”的文章。文章上线后就立即收到了Nature Reviews Rheumatology杂志副主编Dr Robert Philips的采访，并为该工作撰写Research highlights，认为催化调控微环境“使风湿性关节炎的无药治疗成为可能”。先进院唐为副研究员与上海交通大学何前军教授为共同通讯作者。中国科学院深圳先进技术研究院、上海交通大学与深圳大学为该论文共同通讯单位。

图3 NIR-photocatalytic regulation of arthritic synovial microenvironment文章线上截图

       类风湿性关节炎（RA）是一种自身免疫性疾病，伴随慢性炎症，常导致手足关节畸形及功能丧失，被称为“不死的癌症”。其中关节炎滑膜微环境诱导的滑膜增生、血管翳形成及软骨侵蚀，在RA的病理发展进程中发挥着至关重要的作用。非甾体抗炎药、抗风湿药、糖皮质激素是目前RA治疗的常用药物，但都存在毒副作用大、无法调控骨免疫失衡、难以阻止RA进程等系列问题，使得RA治疗亟需新的有效干预手段。

       该工作提出了光催化调控关节炎滑膜微环境的新概念，并通过全溶液法开发了一种具有金红石单晶结构的单分散氢掺杂二氧化钛纳米催化剂，有效实现了近红外光催化产氢和乳酸剥夺，从而联合校正了滑膜微环境（如图4所示），达到高效的RA治疗效果。一方面，原位产生的氢分子通过清除过表达ROS，介导巨噬细胞抑炎极化；另一方面，将RA微环境中过表达的代谢中间产物乳酸转化为丙酮酸，进一步抑制了滑膜细胞和巨噬细胞的炎症/侵袭型转变，降低滑膜细胞异常增殖，防止滑膜血管翳的形成。小鼠胶原诱导关节炎模型实验结果证实该策略可有效阻止RA病程的加剧，显著减少软骨破坏及骨侵蚀。该研究工作通过可控、按需释氢，同时原位消耗过表达乳酸的新方法，有望为RA临床治疗提供重要的技术支撑和科学价值。

图4 光催化调控关节炎滑膜微环境策略，原位催化产氢和乳酸剥夺，介导过表达病理产物清除，实现可控、按需、高效RA治疗

       该工作得到了中国科学院人机智能协同系统重点实验室、国家自然科学基金、深圳市科创委、中国科学院青年创新促进会以及上海交通大学氢科学中心等基金项目的支持。

       全文链接https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq0959