突破性人造神经元实现与活体脑细胞双向通信

来源：徽声在线科技频道

徽声在线科技记者 李明

近日，美国西北大学科研团队取得了一项突破性进展——他们成功打印出一种具备生物交互能力的人造神经元。这种创新装置不仅能高度模拟真实大脑的神经活动模式，更实现了与活体脑细胞的双向信息传递。在针对小鼠脑组织切片的实验中，该人造神经元成功触发了真实神经元的响应，展现出卓越的生物相容性。相关研究成果已发表于最新一期《自然·纳米技术》杂志。

这项突破标志着科学家在开发可与神经系统直接通信的电子设备领域迈出关键一步。其应用前景涵盖脑机接口技术、智能神经假体（包括人工耳蜗、视网膜植入物及运动功能恢复装置）等领域，同时为构建具备自适应学习能力的类脑计算系统提供了重要技术支撑。

面对人工智能时代日益复杂的计算需求，传统计算机架构正面临严峻挑战。当前主流计算设备通过在刚性二维硅芯片上集成数十亿相同结构的晶体管来提升性能，这种固化式设计难以适应动态变化的计算场景。与之形成鲜明对比的是，人类大脑采用分布式神经网络架构，由多种功能特化的神经元构成三维柔软结构，其连接模式会随着学习过程持续重塑。要实现真正意义上的类脑计算，必须突破现有材料与制造工艺的限制。

研究团队采用创新的"气溶胶喷射印刷"技术，将特制电子墨水精准沉积在柔性聚合物基底上，成功构建出具备生物相似性的人造神经元网络。这种电子墨水由纳米级二硫化钼半导体薄片与石墨烯导电材料复合而成，既保证了信号传输效率，又赋予了装置良好的生物相容性。通过优化印刷参数，研究人员实现了对神经元形态与连接方式的精确控制。

与传统电子元件仅能输出单一脉冲信号不同，该人造神经元可产生包括单脉冲、连续放电及爆发模式在内的复杂信号组合。这种多样化的信号输出能力使其能够编码更丰富的信息维度，单个元件即可完成传统系统中多个元件协同的功能。实验数据显示，这种设计可使计算系统的元件数量减少一个数量级，同时将能效比提升至传统架构的5倍以上。

在生物兼容性验证实验中，研究人员将人造神经元产生的电信号施加于小鼠小脑切片，观察到真实神经元被可靠激活的现象。更值得关注的是，这种激活模式与自然神经信号高度相似，能够成功触发神经回路的完整响应链。这一发现为开发可植入式神经接口设备奠定了重要基础，未来可能应用于治疗帕金森病、癫痫等神经系统疾病。