捕蠅草生物細胞與人工神經(jīng)元成功相連
“我的葉子被關(guān)閉了”
捕蠅草生物細胞與人工神經(jīng)元成功相連
科技日報北京2月23日電 （記者張夢然）根據(jù)英國《自然·通訊》雜志23日發(fā)表的一篇論文，一種人工神經(jīng)元可以與捕蠅草的生物細胞成功連通，還能讓捕蠅草關(guān)閉葉子。研究結(jié)果或?qū)砟X機接口和軟體機器人的開發(fā)具有重要意義。
神經(jīng)形態(tài)的仿生電子裝置，被認為能模仿人腦的運作方式。腦機接口、假肢、智能軟體機器人的未來開發(fā)，都需要實現(xiàn)人工神經(jīng)裝置與生物系統(tǒng)的有機結(jié)合。然而，當(dāng)前的人工裝置生物相容性差，能源效率低，環(huán)路較為復(fù)雜。
此次，瑞典林雪平大學(xué)科學(xué)家西蒙尼·法比奧諾及其同事開發(fā)了一種人工神經(jīng)突觸系統(tǒng)，探索它是否能與某個生物系統(tǒng)相連。研究團隊讓打印出來的人工神經(jīng)元與突觸充分模仿生物系統(tǒng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)特征——生物系統(tǒng)會利用離子遷移介導(dǎo)的放電進行交流。研究人員隨后將這些人工神經(jīng)元與一種捕蠅草的生物系統(tǒng)成功相連。他們演示了這些人工神經(jīng)元在電刺激下能誘導(dǎo)捕蠅草關(guān)閉葉子。
法比奧諾及論文共同作者表示，他們的研究結(jié)果或能推動未來可植入裝置和腦機接口的開發(fā)，以及人工神經(jīng)系統(tǒng)與生物實體的潛在整合。
研究團隊認為，無論腦機接口、可植入/可穿戴設(shè)備、假肢和智能軟體機器人的研究進展，都需要技術(shù)與自然之間的密切互動和整合。由于生命的基本構(gòu)建元素與電子設(shè)備中使用的元素有很大不同，因此將人造設(shè)備與生物系統(tǒng)聯(lián)系起來的能力，對于這些領(lǐng)域的成功至關(guān)重要。
他們這次從生物信號系統(tǒng)中借用概念設(shè)計出的神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)，有望彌合現(xiàn)實中這一能力的匱乏。盡管此前一些基于軟件的神經(jīng)形態(tài)算法，已被集成到生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)中，但基于硬件的系統(tǒng)有能力與活組織密切交互，進行生物反饋并展現(xiàn)處理能力，依然是最終的目標(biāo)。
總編輯圈點
人工突觸、神經(jīng)電子學(xué)和神經(jīng)接口，幾年前還有些科幻色彩的概念，現(xiàn)正在技術(shù)層面日新月異的發(fā)展著。它們與生物分子的結(jié)構(gòu)親緣關(guān)系，使它們成為應(yīng)用的理想選擇。從結(jié)構(gòu)的角度來看，有機半導(dǎo)體是可加工的、生物相容的、可生物降解的、柔軟適形的；從功能角度看，它們還可以支持電子和離子信號的傳輸。以前，有機材料在模擬神經(jīng)形態(tài)和人工神經(jīng)方面已取得了一定成功，現(xiàn)在，科學(xué)家又在制造生物整合人工神經(jīng)元方面展開了亮眼的嘗試，對于實現(xiàn)信息編碼來說，這恰恰至關(guān)重要。
