近日，南方科技大学生命科学与健康工程交叉论坛第十期讲座在琳恩图书馆111报告厅召开。论坛邀请南方科技大学生命科学学院助理教授程龙珍和生物医学工程系副教授肖凯作了精彩的学术报告。

程龙珍教授作了题为“Dissection of brain-spinal opioidergic pathways controlling mechanical OIH and tolerance”的报告。在报告中，她介绍了控制机械型OIH和镇痛耐受的脑-脊髓阿片肽能神经通路。程龙珍向师生们展示了临床上作为镇痛药的阿片类药物，自身为何反而会引起痛觉敏化，长期使用又是如何导致镇痛效果越来越差等内容。

肖凯教授作了题为“Neuro-inspired materials and brain-like computing devices”的报告。在报告中，他介绍了一种通过学习智能生命并运用仿生的方法，成功构筑了一系列离子传输材料。通过调控其结构和界面性质，探究了限域空间/界面内可控离子传输的机制，并模仿了离子通道可控离子传输功能，进而实现了类脑的多种脉冲放电功能。他还提到，在多尺度范围内构筑基于离子传输的神经拟态器件，搭载基于深度神经网络（DNN）和脉冲神经网络的（SNN）的新型类脑算法，实现了低能耗、高通量的类脑计算。最后，肖凯与现场师生共同探讨了未来类脑智能的发展趋势，以及如何实现类脑智能-生物智能无障碍沟通的方式。

现场师生在问答环节踊跃发言，就学术报告内容和研究领域前景展开了热烈的讨论。

提问：疼痛的感觉和情绪在神经系统是否有不同的神经环路介导？

答：疼痛包含两个基本成分：感觉分辨 (sensory discrimination) 和情绪体验 (affective dimension)。前者主要编码和感受痛刺激的属性，包括刺激的性质、强度、位置等；后者指痛的情绪、情感成分，涉及编码伤害性刺激所引发的厌恶、焦虑、恐惧以及迫切想终止疼痛刺激的愿望等负性情绪。以上两种成分在神经系统是由不同的脑区神经环路介导，具体的神经环路因疼痛类型而异。关于介导慢性疼痛情绪成分的脑区和神经环路机制是当前研究前沿和热点之一。大量的研究表明，前扣带皮层 (anterior cingulate cortex, ACC) 是参与痛情绪处理的一个重要脑区。早期临床观察发现，切除ACC及周围皮层组织能明显缓解慢性顽固性疼痛患者的焦虑、抑郁等不良情绪，但不影响病人对伤害性刺激的强度和位置等感觉特性的分辨。电生理学和人类功能脑成像研究发现，ACC神经元不仅可对伤害性刺激本身发生反应，也可被伤害性暗示（如看到尖锐的硬器，火等）所激活。其具体的神经环路机制尚未完全阐明。

提问：基于离子传输的类脑器件和电子器件相比的优势如何？

答：首先，现阶段智能生命和人工智能是说不同语言的。人工智能现阶段都是依赖于电子器件，而智能生命主要依靠离子和各种化学小分子，比如最基本动作电位的产生是靠离子跨膜输运实现的。从生物模型上看，基于离子传输的类脑器件更接近智能生命，通过借助离子物理化学性质的多样性，比如不同离子电荷不同、尺寸不同、极化程度不同，我们可以设计更加复杂的元器件和计算功能，如基于离子的晶体管。此外，离子相对于电子传输较慢，这是传输速度的缺点，但是我们可以利用这个缺点设计更复杂的类生物功能，如离子电势弛豫现象可实现各种类生物的spiking放电功能，进而构筑类脑计算器件。

提问：在固态材料中如何控制离子的传输？

答：固态材料中离子的传输可以分很多类。比如水相体系，类似于蛋白质通道存在的生物体液环境，在这种情况下就需要设计类似于蛋白质离子通道的仿生纳米通道，通过尺寸效应以及孔道和离子之间的静电力等各种弱相互作用实现可控离子传输。此外，我们近期的工作也发现通过凝胶等半固态材料设计不同的离子传输界面，同样可以实现可控离子传输，进而设计基于离子传输的类脑计算器件。总之，在固态材料中，想要实现类生物的精确离子传输功能，我们需要对材料的结构和界面性质进行精细化设计。

供稿：程龙珍、肖凯课题组

编辑：付文卿

审核：万峻