美国西北大学的科研人员创造出了一种超越模仿、可直接与真实脑细胞互动的人造神经元。这些柔性、低成本的设备产生的电信号与活体神经元产生的信号高度相似，从而能够激活生物脑组织。

在使用小鼠脑切片的实验中，人造神经元成功引发了真实神经元的响应。这一结果显示了电子设备与活体神经系统之间达到了新的兼容水平。该研究于4月15日发表在《自然—纳米技术》上。

Hersam实验室中的一台气溶胶喷印打印机正在将电子墨水沉积到柔性聚合物基板上。图源：西北大学

这项进展使研究者更接近于制造出能直接与神经系统对接的电子设备。潜在应用包括脑机接口和神经假体，例如可用于帮助恢复听力、视力或运动能力的植入体。

该技术也指向了受大脑启发的新一代计算系统。通过复现神经元之间的通信方式，未来的硬件可以用远低于目前的能耗执行复杂任务。大脑仍然是已知能效最高的计算系统，科学家希望将其原理应用于现代技术。

“我们今天所处的世界由人工智能主导。”该论文通讯作者、西北大学材料科学与工程系主任Mark C. Hersam表示，“让AI更聪明的方法是用越来越多的数据去训练它。这种数据密集型的训练带来了巨大的能耗问题。因此，我们必须开发更高效的硬件来处理大数据和AI。由于大脑的能效比数字计算机高出五个数量级，因此从大脑中汲取灵感来开发下一代计算系统是非常合理的。”

为了更好地复现真实的神经活动，Hersam团队使用柔软、可印刷的材料构建了人造神经元，这些材料在结构上与大脑更为接近。他们的方法依赖于由二硫化钼（MoS?）纳米片和石墨烯制成的电子墨水，其中二硫化钼作为半导体，石墨烯作为导电体。这些材料通过气溶胶喷印沉积到柔性聚合物表面上。

此前，研究人员将墨水中的聚合物视为缺陷，因为它会干扰电学性能。因此，他们在印刷后会将其去除。在这项工作中，该团队利用了聚合物的这一特性来增强器件性能。

“我们没有完全去除聚合物，而是将其部分分解。”Hersam说。“然后，当我们让电流通过器件时，我们会驱动聚合物进一步分解。这种分解在空间上以不均匀的方式发生，导致导电细丝的形成，从而使得所有电流被限制在空间中的一个狭窄区域内。”

这种狭窄的导电路径会产生类似于神经元放电的突然电响应。由此产生的器件可以生成各种信号，包括单次脉冲、连续放电和爆发式放电模式，与真实的神经通信高度相似。

由于每个人造神经元可以产生更复杂的信号，执行高级任务所需的组件数量就会减少。这可以显著提高计算效率。

除了性能之外，这一新方法还具有环境与实际应用方面的优势。制造过程简单且成本低廉，增材印刷方法只在需要的地方放置材料，减少了浪费。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-026-02149-6