2024年6月2日，由广东省生物医学工程学会主办，南方科技大学生物医学工程系承办的“第三届广东省大学生生物医学工程创新创业设计竞赛”决赛在深圳南方科技大学圆满落幕。本届竞赛首次采用了创新、创业两个赛道同场竞技，得到了广东省以及全国各大高校的积极响应，共收到241份参赛作品。经初赛评审专家匿名评审，60项作品进入全省总决赛角逐一、二等奖。

图丨参会人员合影

       决赛开幕式上，广东省生物医学工程学会常务副理事长、中山大学教授张超致开幕词，深入阐述了本次竞赛的举办初衷和核心理念，对南方科技大学生物医学工程系在赛事组织中所展现出的严谨负责态度给予了高度评价，并代表广东省生物医学工程学会向大力支持此次竞赛的各兄弟高校及社会各界表示感谢。

图丨张超教授致开幕词

       随后，南方科技大学党委副书记、工会主席张凌代表学校党委及全体师生，对远道而来的嘉宾、评委表示欢迎，并向所有积极参与本次竞赛的同学们表达诚挚祝愿。张书记的致辞不仅展现了南方科技大学对本次大赛的高度重视，也体现了学校对青年学生创新精神和创业能力的充分认可。

图丨校党委副书记张凌致词

       南方科技大学工学院党委书记、副院长贡毅书记上台发言，他激励参赛同学们要勇于发挥想象，敢于创新，积极投身科技前沿，为生物医学工程领域的发展贡献青春力量。

图丨工学院党委书记贡毅致词

       作为本次竞赛承办方负责人，南方科技大学生物医学工程系副教授张明明发言，详细解读了本次竞赛的规则与注意事项，确保比赛的公平公正。值得一提的是，本次现场决赛采用了全程网络直播，这不仅为竞赛营造了公开透明的良好氛围，也为广大观众提供了一个近距离了解生物医学工程领域创新成果的窗口。

图丨生医工副教授张明明致词

       比赛现场，参与本次决赛的60支队伍根据参赛类别及抽签序号被分为五个分会场，同步进行项目展示和答辩。各参赛队伍精神饱满、表达流畅，面对专家们的提问，参赛选手们认真作答，虚心听取宝贵建议，展现了扎实的学术功底和谦逊的学习态度。整个比赛现场学术氛围浓厚，充分彰显了生物医学工程领域的创新活力和发展潜力。

图丨竞赛现场

       来自全国各大高校、科研机构以及生物医药与健康产业前沿企业的25位资深专家学者组成了强大的评审团，对参赛作品进行了全面、细致的评审。经激烈角逐，本次生物医学工程创新竞赛15个作品凭借其卓越的创新性和实用性荣获一等奖，44个项目展现了出色的科研实力和应用价值，荣获二等奖。此外，还有66个项目在初赛阶段便凭借扎实的基础和独特的创意获得了三等奖的认可。南方科技大学生物医学工程系系主任、讲席教授蒋兴宇在点评环节表示，这些获奖作品不仅代表了生物医学工程领域的最新成果，也展现了参赛者们的创新思维和科研实力。

图丨生医工系主任蒋兴宇作点评

       据悉，广东省大学生生物医学工程创新创业设计竞赛，旨在为广大学子提供一个展示才华、交流学习的平台，激发创新创业热情，培养具备创新精神和实践能力的生物医学工程人才。生物医学工程作为现代科技与医学领域深度融合的交叉学科，不仅推动了前沿科学进展，也为人类健康事业的发展注入了强大动力。

图丨获奖学生合影

       近日，南方科技大学生物医学工程系2021级本科生牟新语，以第一作者身份在国际著名SCI期刊Nature Scientific Data（影响因子9.8）发表了数据集论文“ChineseEEG: A Chinese Linguistic Corpora EEG Dataset for Semantic Alignment and Neural Decoding”（用于语义对齐和神经解码的中文语料库脑电数据集）。该研究为中文AI模型与脑电对齐提供了开放的数据集，引起国内外神经科学、自然语言处理、语言学领域的重点关注。

       在当今社会，随着脑科学和自然语言处理等技术的不断进步，我们对于大脑与语言之间关系的探索也日益深入。通过分析丰富文本刺激所引发的神经信号，我们能更深入地了解大脑是如何处理语义信息的，这不仅能够提高我们对大脑编码机制的认识，还能为脑机接口中语义解码等一系列任务的设计和性能提升带来帮助。

        在众多脑影像技术中，脑电图（Electroencephalogram，简称EEG）因其无创性、非侵入性、高时间分辨率以及低成本等优势，已成为脑机接口、语义解码等任务的热门技术，展现出广泛的应用潜力。目前，以外文自然语言为刺激的EEG数据集已相对完善。然而，面向大规模中文语料的脑电数据集构建仍然是一个空白领域，这一状况严重制约了中文语境下大脑语言表征机制的研究，同时也限制了基于中文语境的BCI技术的准确性。

        因此，我们设计了一套针对中文阅读任务的实验方案，并基于这一方案构建了一个基于中文语料刺激的高通道EEG数据集ChineseEEG。图1展示了该数据集的实验范式和所收集的数据模态。在数据采集过程中，被试在静默状态下跟随屏幕上的高亮指示阅读中文读物《小王子》和《狼王梦》。该数据集收集了10名被试在中文阅读任务刺激下产生的高通道EEG数据和同步眼动数据，其中每位被试的数据记录时间长达12小时。除了长时间的EEG记录和眼动数据，我们还为该数据集提供了详细的EEG预处理方案（如图2所示），并提供了多个版本的预处理数据以供研究者使用。此外，该数据集还提供了使用预训练语言大模型提取的阅读刺激材料的语义嵌入，极大地便利了神经科学和自然语言处理领域的学者。该数据集已严格遵循脑影像数据存储规范BIDS格式进行了整合。其详细的结构如图3所示。

图1 实验设备，实验范式和相关数据模态

 

图2 数据预处理流程

 

       ChineseEEG数据集为神经科学、自然语言处理和语言学领域的研究提供了重要支持。这一数据集不仅可作为中文语义解码等技术任务的基准，推动脑机接口技术的发展，还可促进科学问题的讨论，帮助研究者深入了解大脑在中文语境下如何处理和编码语义信息。此外，ChineseEEG数据集中提供的多模态和多版本预处理数据及衍生数据，将推动神经科学、自然语言处理与语言学等相关领域研究方法的融合，为跨学科研究提供宝贵的资源。例如，研究者可以利用这些数据探索如何有效地对齐大型语言模型与人类认知过程。最后，该项目所提供的任务范式、相关材料和开源代码，也为同行研究者进一步探索这一领域提供了参考。

图3 数据集结构

 

       本研究获得天桥脑科学研究院（TCCI）MindD计划，澳门科学技术发展基金（FDCT），广东省自然科学基金，深港澳科技计划项目，澳门大学SRG资助的支持。

       本研究通讯作者为南方科技大学生物医学工程系刘泉影助理教授和澳门大学认知与脑科学中心伍海燕助理教授。共同第一作者为南方科技大学生物医学工程系2021级本科生牟新语，澳门大学硕士生何翠琳和谭力维。牟新语同学目前在刘泉影教授领导的NCC Lab参与基于脑电信号的预训练大模型构建和语义解码数据集构建等科研项目，未来将在脑科学与人工智能的交叉领域继续深入研究！

       此外，刘泉影老师指导的神经计算与控制实验室（NCC lab）本科生积极参与科研，研究成果丰富。其课题组本科生以第一作者身份在CCIE会议（夏中烨，22级本科生）、NeurIPS会议（黄日涵，20级本科生）、IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems（尹沫文，19级本科生）等会议和杂志发表成果。欢迎本科生们加入生物医学工程系刘泉影课题组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

*:共同通讯作者

 

       近日，南方科技大学生物医学工程系李喆副教授和普渡大学DNA纳米技术专家毛成德教授在学术期刊Science上发表了题为“Engineering colloidal crystals molecule by molecule”的展望性评述文章[1]（图1）。该评述介绍了同期Science期刊发表的两篇用DNA分子精确可控构建胶体晶体的研究论文，并对工作中的研究背景、技术要点和发展前景进行了评述。

图1 DNA胶体晶体的工程化构建[1]

 

       基于分子设计的晶体工程已经为医学、催化、光学和电子学等领域带来了许多科学技术进步。区别于分子晶体，胶体晶体通常是由胶体粒子而非单个分子排列而成的高度有序结构。虽然科学家们对胶体晶体进行了长期的研究，但是与分子晶体所能达到的控制水平相比，在胶体晶体中实现高精度的结构设计和复杂的编程调控仍然是一个重要的挑战。

       传统的胶体粒子在尺寸均匀性、形状控制、多分散性以及颗粒间相互作用的调节上存在许多局限性。相比之下，DNA 折纸——一种由成百上千条DNA单链自组装形成的纳米结构，可以对这些性质进行纳米级别精度的编程。尽管十多年前人们就意识到了 DNA 折纸在胶体组装中的潜力，但是实现DNA胶体晶体经历了漫长的试验和犯错。编程DNA胶体晶体存在许多挑战：例如，DNA结构和相互作用的柔性可能导致组装坍塌或扭曲；非特异性相互作用可能导致错误组装；过强的相互作用设计可能让DNA折纸微粒进入动力学陷阱而发生无规聚集，阻碍它们组装成热力学上更稳定的有序结构。

       在最新一期Science中，慕尼黑大学Tim Liedl课题组Gregor Posnjak等人创建了一种基于DNA折纸的立方金刚石胶体晶体[2]。这种胶体晶体中，DNA折纸颗粒以与金刚石中碳原子相同的方式排列。金刚石这类晶格具有大的开放空间，从能量的角度来说是不稳定的，因此在过去的胶体晶体设计中的成功率很低。作者设计了一种DNA折纸四足体来实现金刚石胶体晶体的组装。四足体的四个臂沿着正四面体的方向延伸，每个臂的末端是单链DNA尾部。尾部携带互补的DNA序列，能够相互杂交引导相邻的四足体以60°交错的扭转角度连接。研究发现，两个相邻的四足体间需要形成交错而非重叠的构象才能引导正确的晶体组装。同时，DNA杂交的相互作用强度必须足够微弱，才能组装出晶面清晰、有序性强的金刚石胶体晶体。

图2 DNA折纸金刚石胶体晶体的分子设计和自组装[2]

 

       在同期Science的另一篇研究工作中，亚利桑那州立大学Petr Šulc课题组Hao Liu等人建立了一个强大的计算实验框架，构建基于 DNA 折纸的胶体晶体自组装[3]。在模拟中，作者将 DNA 折纸视为表面上具有多个相互作用区域的球形颗粒，并使用反馈回路来推进有利于晶格形成的设计，并排除导致竞争性组装的设计。经过一定次数的迭代，作者在计算机上高产率地获得了烧绿石晶格（一种正四面体顶点相互连接的三维排列）。作者进一步在实验中将DNA八面体以及二十面体折纸组装成烧绿石晶格，证实了模拟结果。

图3 DNA折纸烧绿石胶体晶体的分子设计和自组装[3]

 

       在评述中，李喆副教授和毛诚德教授指出，成功组装DNA胶体晶体的关键在于颗粒间相互作用的设计。在Posnjak等人的方法中，相邻四足体之间多个分子相互作用可以约束四足体的交错角度促进晶体组装；在Petr Šulc等人的方法中，模拟方法搜索和确定了多组相互作用，利用多价性和特异性将DNA折纸颗粒固定并堆积在所需的晶格位置。评述最后还对DNA胶体晶体领域的发展进行了展望：进一步调整设计参数和实验条件有望实现尺寸更大、组装更为有序的DNA胶体晶体，这会影响胶体晶体的性质并进步拓展它们的应用。通过设计单个DNA折纸颗粒及其相互作用，有望在胶体晶体实现前所未有的复杂晶体结构。这些新型的胶体晶体可以在与紫外线和可见光波长相当的长度尺度上排列材料元件，构建光学超材料。结合动态DNA纳米技术，这些高度可编程的胶体晶体可以被进一步设计成响应性和可重构的光学器件，并能够以以前无法达到的精度来操纵光。

       南方科技大学为论文的第一单位，生物医学工程系李喆副教授是评述论文的第一作者和共同通讯作者。李喆副教授多年来致力于生物纳米技术的研究，特别是生物大分子的晶体设计。他在博士和博士后期间分别师从DNA纳米技术领域专家毛成德教授和蛋白质设计专家、美国科学院院士David Baker教授，提出了多种原创性的晶体设计思路和改造方法，包括高稳定性和动态响应性DNA三维晶体设计[4,5]，以及蛋白质三维晶体的计算设计[6]。例如，在2023年Nature Materials期刊上题为“Accurate computational design of three-dimensional protein crystals”的论文中， 李喆博士、王顺智博士和Una Nattermann博士提出了一种精确设计蛋白质三维晶体的通用方法。这种开创性的方法实现了原子级别精确的蛋白质晶体设计，并且在蛋白质分子的初级序列中编码了晶体材料的自组装信息，为结构生物学研究和生物材料工程提供了强大的平台。

图4 蛋白质三维晶体的计算设计[6]

 

论文链接：

[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