科學家用導電塑料制成人造神經(jīng)元

科技日報北京9月23日電 （記者張夢然）瑞典林雪平大學團隊開發(fā)出一種由導電塑料制成的人造神經(jīng)元，能夠模擬生物神經(jīng)元的高級功能，同時表現(xiàn)出多達17種關(guān)鍵特性。相關(guān)成果發(fā)表在最近的《科學進展》期刊上。這項人造神經(jīng)元突破，為新一代可植入人體的傳感器、醫(yī)療器件以及先進機器人技術(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)細胞有效溝通，因為它們運行的物理機制不同。為此，研究團隊轉(zhuǎn)向一類被稱為共軛聚合物的柔性有機材料，這類材料不僅能夠傳導電子，還能傳輸離子，具備與生物系統(tǒng)自然交互的獨特優(yōu)勢。

研究團隊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”的信息處理功能——僅當某一輸入信號存在而另一信號缺失時，神經(jīng)元才會被激活。這種機制在人類神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛存在，是觸覺感知等復雜感知過程的關(guān)鍵原理。該能力使得未來在假肢或機器人中集成更靈敏、更智能的觸覺成為可能。

這項研究證明，有機電子學不僅僅是硅基電子的柔性替代品，更有潛力實現(xiàn)新型神經(jīng)形態(tài)計算，將生物學與電子學真正連接起來。在追求功能先進性的同時，團隊也致力于簡化人工神經(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)細胞，能模擬生物神經(jīng)元22項關(guān)鍵特性中的15項。但當時的設計依賴多種組件，限制了其實際應用。

如今，團隊進一步優(yōu)化技術(shù)，將整個系統(tǒng)濃縮為一個有機電化學晶體管，結(jié)構(gòu)極為精簡，卻仍能表現(xiàn)多達17種神經(jīng)元特性。這種新型人工神經(jīng)元不僅功能更強，而且尺寸與真實人類神經(jīng)細胞相當，具備高度的生物兼容性和集成潛力。

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

【總編輯圈點】

科研人員研發(fā)出了一種柔軟的有機材料——導電塑料，其擁有獨特的離子調(diào)控和不對稱開關(guān)特性。用這種材料制成的晶體管，實現(xiàn)了不可思議的功能：不需要種種復雜組件，它“單槍匹馬”可造出接近人類神經(jīng)細胞工作方式的神經(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)療設備，或者打造感知力更為豐富的下一代機器人。