科技日报记者 刘霞
美国西北大学的研究人员开发出了一种新型人工神经元，能够模拟大脑功能并与其细胞进行互动。这种人造神经元在小鼠脑组织的实验中表现出色，成功引发了真实神经元的反应，并且展示了卓越的生物兼容性。相关研究已发表于最新一期《自然·纳米技术》期刊。
此项突破为科学家们朝向制造能够直接与神经系统通信的电子装置迈进了一大步，在脑机接口、感觉假体（包括听觉、视觉及运动设备）等领域具有重大应用前景，同时也为进一步构建性能更佳且类似人脑结构的计算系统奠定了基础。
随着人工智能技术的发展加速，计算任务变得越来越复杂，数据量也日益庞大。传统的计算机解决方案是增加更多的相同元件——即在二维硅芯片上集成数十亿个晶体管。每个晶体管的行为都是标准化的，并且一旦制造完成就无法再改变。相比之下，人脑则是通过分布于不同区域的各种神经元来运作，这些柔软、三维结构会随着学习和适应过程不断变化连接形态。要模仿这一机制，科学家们需要探索新材料和技术。
为了更接近生物模型，科研团队采用了一种名为“气溶胶喷射印刷”的技术，将定制的电子墨水精确地沉积到柔性聚合物基底上，从而打印出能够更好地模拟大脑结构和行为的人造神经元。这些电子墨水中含有作为半导体的纳米级二硫化钼薄片以及充当导体作用的石墨烯。
与传统设备不同的是，这种人工神经元可以产生复杂的信号模式，包括单脉冲、连续放电甚至爆发式活动等，这使得它们能够模仿真实神经元之间的交流方式。通过这些多样化信号，每个单独的人造神经元都能够编码更多的信息，并执行更为复杂的任务，从而有望大幅减少系统中所需的组件数量，并显著提高效率。
为了验证人造神经元是否可以与生物组织相互作用，研究团队将其电信号施加于小鼠的小脑切片。实验结果显示，这些信号能够可靠地激活真实存在的神经元活动，以类似于自然信号的方式成功启动了神经回路的响应。