南開大學人工智能學院副教授趙啟立來我院做學術報告

7月8日（周四）上午9點，在機電樓A217會議室，南開大學人工智能學院副教授趙啟立來我院做學術報告，報告題目為面向腦科學研究的機器人化膜片鉗系統，請廣大師生積極參加。

趙啟立，南開大學人工智能學院副教授，天津市131人才第三梯隊。主要研究方向為機器人化膜片鉗系統，自動化細胞操作與檢測系統；趙啟立于2014年在南開大學控制理論與控制工程專業獲得博士學位，2014-2018年間先后在澳大利亞莫納什大學，加拿大多倫多大學進行博士后研究，2018-2020年在南開大學人工智能學院擔任講師，2020年12月至今 在南開大學人工智能學院擔任副教授，目前趙啟立副教授以第一作者和通訊作者發表SCI論文14篇，受理授權發明專利8項，其中加拿大專利2項。

膜片鉗技術由于具備對細胞級和分子級的電生理信號進行檢測的能力已經成為腦科學研究的金標準。機器人化膜片鉗技術可以克服人工膜片鉗操作難度大，操作水平差異大，僅極少數實驗室可以完成等弊端，有望極大的降低腦科學研究的門檻，促進膜片鉗技術在腦科學研究中的推廣應用。課題組開發了國內首套面向腦科學研究的機器人化膜片鉗系統并進行了示范應用。針對當前面向腦片的手動膜片鉗操作缺乏細胞三位形態信息，封接位置選取嚴重依賴操作者經驗的問題，課題組開發了一種基于檢測電極電阻變化趨勢的無接觸細胞三維形態測量方法，實現了目標細胞三維形態信息的在線檢測。在該方法中，系統首先基于檢測輪廓長度實現了電極微管的三維位置檢測；進一步的，針對貼壁細胞和腦片神經細胞分別實現了基于離焦成像和深度學習算法的細胞輪廓自動獲取；最后通過細胞輪廓擬合在細胞表面確定一定數目的測試點，利用檢測電極的變化無接觸的檢測出每個測試點處的細胞表面高度，進而擬合出細胞表面的三維形態信息。基于獲得的細胞三維形態信息，課題組分別在培養的小鼠成骨細胞和小鼠離體腦片視覺皮層錐體神經細胞上實現了機器人化全細胞封接流程。實驗結果表明，該無接觸細胞三維形態檢測方法在貼壁細胞與腦片神經細胞的操作成功率分別達到73%和83%，測量高度誤差小于5%；相比于其他封接位置，基于細胞三維形態選取的接觸點可以有效提升細胞的高阻封接成功率和全細胞封接成功率，在兩類細胞上的全細胞操作成功率均達到國際先進人工操作的水平。目前該系統已在兩家合作單位完成示范應用，被天津市科學技術評價中心鑒定為國際先進。課題組接下來將一方面將神經元形態學檢測與電生理檢測相結合，研究神經細胞電生理疾病的致病機理；另一方面將機器人化膜片鉗系統引入到雙光子顯微鏡中，進行面向活體清醒動物腦科學研究的機器人化膜片鉗系統研究。