人造神经元可与活脑细胞“对话”

2026-04-17

科技日报记者 刘霞

美国西北大学工程师打印出了一种人造神经元，它不仅能模仿大脑，还能与脑细胞“交流”。在对小鼠脑组织切片进行的测试中，这些人造神经元成功激发了真实神经元的反应，展现出前所未有的生物相容性。相关论文发表于新一期《自然·纳米技术》杂志。

气溶胶喷射打印机正将电子墨水沉积在柔性聚合物基底上。图片来源：美国西北大学

气溶胶喷射打印机正将电子墨水沉积在柔性聚合物基底上。图片来源：美国西北大学

这一成果意味着科学家向开发出能与神经系统直接通信的电子设备迈出了关键一步，在脑机接口、神经假体（如听觉、视觉和运动植入物）等领域具有巨大潜力，也为构建更高效、更类脑的计算系统奠定了基础。

随着人工智能技术飞速发展，计算任务日趋复杂，数据更加密集，传统计算机往往通过增加相同组件——将数十亿晶体管封装在僵硬的二维硅芯片上来应对。每个晶体管行为一致，且一旦制成便固化不变。而大脑的运作方式迥然不同，它依赖分布在不同区域、各司其职的多种神经元。这些柔软的三维网络随着人们的学习与适应而不断变化，连接也在持续重塑。要模拟人脑的计算方式，科学家必须开发新材料、新工艺。

为更接近生物模型，团队借助名为“气溶胶喷射印刷”的特殊技术，将特制的电子墨水精准沉积在柔性聚合物基底上，打印出能更好模拟大脑结构与行为的人造神经元。这些电子墨水由充当半导体的纳米级二硫化钼薄片和充当导体的石墨烯构成。

打印出的人造神经元不像传统设备那样只发出简单的一次性脉冲，而是能产生单脉冲、连续放电乃至爆发模式等复杂信号组合，与真实神经元的交流方式十分相似。通过捕捉这些多样性信号，每个人造神经元都能编码更多信息、执行更复杂的功能，从而有望大幅减少计算系统中所需元件的数量，显著提升整体效率。

为检验人造神经元是否能与生物组织互动，团队将其电信号施加于小鼠小脑切片。结果显示，这些信号可靠地激发了真实神经元的活动，以类似自然信号的方式成功激活了神经回路。

责任编辑：王倩

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