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美國西北大學工程師打印出了一種人造神經(jīng)元，它不僅能模仿大腦，還能與腦細胞“交流”。在對小鼠腦組織切片進行的測試中，這些人造神經(jīng)元成功激發(fā)了真實神經(jīng)元的反應，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家向開發(fā)出能與神經(jīng)系統(tǒng)直接通信的電子設備邁出了關(guān)鍵一步，在腦機接口、神經(jīng)假體（如聽覺、視覺和運動植入物）等領(lǐng)域具有巨大潛力，也為構(gòu)建更高效、更類腦的計算系統(tǒng)奠定了基礎。

隨著人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，計算任務日趨復雜，數(shù)據(jù)更加密集，傳統(tǒng)計算機往往通過增加相同組件——將數(shù)十億晶體管封裝在僵硬的二維硅芯片上來應對。每個晶體管行為一致，且一旦制成便固化不變。而大腦的運作方式迥然不同，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)絡隨著人們的學習與適應而不斷變化，連接也在持續(xù)重塑。要模擬人腦的計算方式，科學家必須開發(fā)新材料、新工藝。

為更接近生物模型，團隊借助名為“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半導體的納米級二硫化鉬薄片和充當導體的石墨烯構(gòu)成。

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

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