更逼真人工有机神经元问世

科技日报北京1月12日电 （记者张梦然）瑞典林雪平大学研究人员创造了一种人工有机神经元，能逼真模仿生物神经细胞的特征。这种人工神经元可刺激自然神经，使其成为未来各种医学治疗的有前途的技术。相关研究发表在最近的《自然·材料》杂志上。
新开发的人工神经细胞被称为“基于电导的有机电化学神经元”（c-OECN），它密切模仿了生物神经细胞20个神经特征中的15个，使其功能更类似于天然神经细胞。
研究人员表示，人工神经元想要有效模拟真实生物神经元，关键挑战之一是结合离子调制的能力。由硅制成的传统人工神经元可模拟许多神经特征，但不能通过离子进行通信。相比之下，c-OECN使用离子来展示真实生物神经元的几个关键特征。
在新开发的人工神经元中，离子控制电流通过n型导电聚合物时的流动，从而使设备电压出现尖峰，类似于生物神经细胞中发生的过程。人工神经细胞中的独特材料还允许电流以几乎完美的钟形曲线增加和减少，类似于生物学中发现的钠离子通道的激活和失活。
在与卡罗林斯卡研究所合作进行的实验中，这种c-OECN神经元与小鼠的迷走神经相连。实验表明，人工神经元可刺激小鼠的神经，使它们的心率发生4.5%的变化。
从长远来看，人工神经元可刺激迷走神经本身这一事实，可能为各种形式的医疗应用铺平道路。一般来说，有机半导体具有生物相容性、柔软性和可塑性等优点，而迷走神经在人体免疫系统和新陈代谢等方面起着关键作用。
研究人员下一步将致力于降低人工神经元的能量消耗。他们称，模仿神经细胞可让人们更好地理解大脑并构建能够执行智能任务的电路。虽然还有很长的路要走，但这项研究是一个良好的开端。
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在2018年，本研究的团队就曾开发出了基于n型导电聚合物的有机电化学晶体管，这其实是模仿生物神经细胞的基础，也使得构建可印刷的有机电化学电路成为可能。现在，研究团队可以说实现了在柔性基板上印刷数以千计的晶体管，用它们开发的人造神经细胞，正在与真正的神经细胞功能逐渐趋近。借助这项研究，未来我们有可能将其应用于神经系统疾病和研究。