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美國(guó)西北大學(xué)工程師打印出了一種人造神經(jīng)元，它不僅能模仿大腦，還能與腦細(xì)胞“交流”。在對(duì)小鼠腦組織切片進(jìn)行的測(cè)試中，這些人造神經(jīng)元成功激發(fā)了真實(shí)神經(jīng)元的反應(yīng)，展現(xiàn)出前所未有的生物相容性。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然·納米技術(shù)》雜志。

這一成果意味著科學(xué)家向開(kāi)發(fā)出能與神經(jīng)系統(tǒng)直接通信的電子設(shè)備邁出了關(guān)鍵一步，在腦機(jī)接口、神經(jīng)假體（如聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)植入物）等領(lǐng)域具有巨大潛力，也為構(gòu)建更高效、更類腦的計(jì)算系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

隨著人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算任務(wù)日趨復(fù)雜，數(shù)據(jù)更加密集，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)往往通過(guò)增加相同組件——將數(shù)十億晶體管封裝在僵硬的二維硅芯片上來(lái)應(yīng)對(duì)。每個(gè)晶體管行為一致，且一旦制成便固化不變。而大腦的運(yùn)作方式迥然不同，它依賴分布在不同區(qū)域、各司其職的多種神經(jīng)元。這些柔軟的三維網(wǎng)絡(luò)隨著人們的學(xué)習(xí)與適應(yīng)而不斷變化，連接也在持續(xù)重塑。要模擬人腦的計(jì)算方式，科學(xué)家必須開(kāi)發(fā)新材料、新工藝。

為更接近生物模型，團(tuán)隊(duì)借助名為“氣溶膠噴射印刷”的特殊技術(shù)，將特制的電子墨水精準(zhǔn)沉積在柔性聚合物基底上，打印出能更好模擬大腦結(jié)構(gòu)與行為的人造神經(jīng)元。這些電子墨水由充當(dāng)半導(dǎo)體的納米級(jí)二硫化鉬薄片和充當(dāng)導(dǎo)體的石墨烯構(gòu)成。

打印出的人造神經(jīng)元不像傳統(tǒng)設(shè)備那樣只發(fā)出簡(jiǎn)單的一次性脈沖，而是能產(chǎn)生單脈沖、連續(xù)放電乃至爆發(fā)模式等復(fù)雜信號(hào)組合，與真實(shí)神經(jīng)元的交流方式十分相似。通過(guò)捕捉這些多樣性信號(hào)，每個(gè)人造神經(jīng)元都能編碼更多信息、執(zhí)行更復(fù)雜的功能，從而有望大幅減少計(jì)算系統(tǒng)中所需元件的數(shù)量，顯著提升整體效率。

為檢驗(yàn)人造神經(jīng)元是否能與生物組織互動(dòng)，團(tuán)隊(duì)將其電信號(hào)施加于小鼠小腦切片。結(jié)果顯示，這些信號(hào)可靠地激發(fā)了真實(shí)神經(jīng)元的活動(dòng)，以類似自然信號(hào)的方式成功激活了神經(jīng)回路。