科學(xué)家用導(dǎo)電塑料制成人造神經(jīng)元

科技日?qǐng)?bào)北京9月23日電 （記者張夢(mèng)然）瑞典林雪平大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種由導(dǎo)電塑料制成的人造神經(jīng)元，能夠模擬生物神經(jīng)元的高級(jí)功能，同時(shí)表現(xiàn)出多達(dá)17種關(guān)鍵特性。相關(guān)成果發(fā)表在最近的《科學(xué)進(jìn)展》期刊上。這項(xiàng)人造神經(jīng)元突破，為新一代可植入人體的傳感器、醫(yī)療器件以及先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)帶來了廣闊前景。

長期以來，神經(jīng)形態(tài)工程的目標(biāo)之一就是讓電子器件模仿生物神經(jīng)元的行為。然而，傳統(tǒng)硅基電子器件難以與人體內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞有效溝通，因?yàn)樗鼈冞\(yùn)行的物理機(jī)制不同。為此，研究團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向一類被稱為共軛聚合物的柔性有機(jī)材料，這類材料不僅能夠傳導(dǎo)電子，還能傳輸離子，具備與生物系統(tǒng)自然交互的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

研究團(tuán)隊(duì)此次制造的人工神經(jīng)元，能夠?qū)崿F(xiàn)一種名為“反重合檢測(cè)”的信息處理功能——僅當(dāng)某一輸入信號(hào)存在而另一信號(hào)缺失時(shí)，神經(jīng)元才會(huì)被激活。這種機(jī)制在人類神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛存在，是觸覺感知等復(fù)雜感知過程的關(guān)鍵原理。該能力使得未來在假肢或機(jī)器人中集成更靈敏、更智能的觸覺成為可能。

這項(xiàng)研究證明，有機(jī)電子學(xué)不僅僅是硅基電子的柔性替代品，更有潛力實(shí)現(xiàn)新型神經(jīng)形態(tài)計(jì)算，將生物學(xué)與電子學(xué)真正連接起來。在追求功能先進(jìn)性的同時(shí)，團(tuán)隊(duì)也致力于簡(jiǎn)化人工神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu)。早在2023年初，他們已構(gòu)建出了人工神經(jīng)細(xì)胞，能模擬生物神經(jīng)元22項(xiàng)關(guān)鍵特性中的15項(xiàng)。但當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)依賴多種組件，限制了其實(shí)際應(yīng)用。

如今，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)，將整個(gè)系統(tǒng)濃縮為一個(gè)有機(jī)電化學(xué)晶體管，結(jié)構(gòu)極為精簡(jiǎn)，卻仍能表現(xiàn)多達(dá)17種神經(jīng)元特性。這種新型人工神經(jīng)元不僅功能更強(qiáng)，而且尺寸與真實(shí)人類神經(jīng)細(xì)胞相當(dāng)，具備高度的生物兼容性和集成潛力。

這是目前有報(bào)道過的最簡(jiǎn)單且生物學(xué)相關(guān)性最高的人工神經(jīng)元之一，為未來將人工神經(jīng)元直接整合進(jìn)活體組織或軟體機(jī)器人系統(tǒng)鋪平了道路。

【總編輯圈點(diǎn)】

科研人員研發(fā)出了一種柔軟的有機(jī)材料——導(dǎo)電塑料，其擁有獨(dú)特的離子調(diào)控和不對(duì)稱開關(guān)特性。用這種材料制成的晶體管，實(shí)現(xiàn)了不可思議的功能：不需要種種復(fù)雜組件，它“單槍匹馬”可造出接近人類神經(jīng)細(xì)胞工作方式的神經(jīng)元，還能模仿神經(jīng)元十幾種不同特性。其功能強(qiáng)大，生物相容性好，未來完全可能直接與人體組織融合。我們能看到更智能的假肢、能更好調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)的植入式醫(yī)療設(shè)備，或者打造感知力更為豐富的下一代機(jī)器人。