“塑料神經(jīng)元”問(wèn)世：替代硅器件讓機(jī)器像人一樣思考？

長(zhǎng)期以來(lái)，人工模擬生物神經(jīng)細(xì)胞的行為一直是神經(jīng)形態(tài)研究的主要目標(biāo)。然而，傳統(tǒng)硅基電子器件難以與人體內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞有效溝通，因?yàn)樗鼈冞\(yùn)行的物理機(jī)制不同。而在最近，瑞典林雪平大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種基于導(dǎo)電聚合物的“塑料神經(jīng)元”，為新一代可植入人體的傳感器、醫(yī)療器件以及先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)帶來(lái)了廣闊前景。

據(jù)了解，這種“塑料神經(jīng)元”采用一種被稱為共軛聚合物的柔性有機(jī)材料，能夠同時(shí)傳導(dǎo)電子和離子，從而更接近生物神經(jīng)元的信號(hào)傳遞方式。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也顯示，這些器件能夠響應(yīng)10毫秒的電流輸入執(zhí)行XOR運(yùn)算，與生物神經(jīng)元的典型放電時(shí)間相當(dāng)。

為了證明該神經(jīng)元能夠像人類神經(jīng)元一樣處理信息，研究團(tuán)隊(duì)還展示了該神經(jīng)元的“反重合檢測(cè)”功能，即只有當(dāng)神經(jīng)元的一個(gè)輸入激活而另一個(gè)輸入不激活時(shí)，神經(jīng)元才會(huì)被激活，這類機(jī)制在人類神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛存在，在觸覺傳感方面具有極大的應(yīng)用價(jià)值。

研究人員指出，最新版本的塑料神經(jīng)元能夠再現(xiàn)17種神經(jīng)元特性（早期版本為15種），而且尺寸已經(jīng)縮小到接近人類神經(jīng)元的水平。由于導(dǎo)電聚合物材料柔軟且具備生物兼容性，這類器件未來(lái)有望直接與生物組織結(jié)合，用于神經(jīng)損傷修復(fù)或神經(jīng)疾病治療。

而與此前依賴復(fù)雜微納加工工藝的人工神經(jīng)元相比，新設(shè)計(jì)在制造上更為簡(jiǎn)化，更接近傳統(tǒng)印刷電路的工藝路線，這種設(shè)計(jì)不僅降低了制造難度，也為未來(lái)的大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能。

目前，全球范圍內(nèi)已有多種類腦計(jì)算嘗試，例如英特爾的Loihi芯片和IBM的TrueNorth芯片，但它們?nèi)灾饕蕾嚬杌牧希芎暮蛿U(kuò)展性方面存在限制，相比之下，塑料神經(jīng)元的研究為這一領(lǐng)域提供了另一種新的可能路徑。不過(guò)，研究人員也強(qiáng)調(diào)，距離真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用仍有不少挑戰(zhàn)，包括如何實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、如何在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中保持性能一致性等。

責(zé)編：Ricardo