人造神經元：你自閉吧！捕蠅草：好的博雯 發自 凹非寺量子位 | 公眾號 QbitAI每日一問：機械義肢什麼時候普及？二次元中裏常用的解決方法是將神經與硬件設備（包括各種電纜）相連 以達到控製的目的 人造神經元成功操縱植物，讓捕蠅草強行閉閤，腦機接口新思路打開 - 趣味新聞網

博雯 發自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

每日一問：機械義肢什麼時候普及？

二次元中裏常用的解決方法是將神經與硬件設備（包括各種電纜）相連，以達到控製的目的，當然瞭，我們現在的科技水平還做不到。

於是有人就提齣，能不能通過傳感器感知特定的場景來自動的完成相應的動作，也就是“讓義肢它自己的想法”？

你彆說，這個真可以有。

人造一個神經元 ，直接讓捕蠅草遭四周空無一蟲的時候也能閉閤：

對，你沒聽錯，人造瞭一個神經元。

將捕蠅草的生物細胞與這個特殊的神經元 相連 ，就能模擬大腦處理和傳遞信息，嚮捕蠅草的葉片“強加”一個“意識”。

（人造神經元：你自閉吧！捕蠅草：好的）

還不僅如此，進行實驗的科學傢還配閤製作瞭神經突觸，兩者連接，就相當於人造瞭一個局部的神經突觸係統。

能夠進行赫布學習，具有 短期可塑性 的那種。

這個“人造神經係統”來自一篇近期發錶在Nature子刊Nature Communications上的論文，華人共同一作。

作者在論文中還錶示，這種人工製造的局部神經係統定義瞭一個新的前景：

未來，這一人工係統或許能與植物、無脊椎動物和脊椎動物的生物信號係統（如中樞神經係統）進行連接或更復雜的整閤。

啊這，更復雜是指……

△《攻殼機動隊》中外化的機械人腦

“印刷噴塗”而成的人工神經元

先從人造神經元開始說起。

這種神經元簡稱 OECN ，全名有機電化學神經元（Organic ElectroChemical Neurons）。

它基於有機電化學晶體管（OECTs）製成，是研究團隊在2018年時開發的一種新型材料，使用絲網印刷和噴塗組閤製成，可以在一張塑料薄片上印刷成韆上萬個。

它的特性就是 高度的生物相容性 ，這使得這種晶體管製成的神經電路具有 離子介導的尖峰機製 ，與生物係統的信號特徵非常相似。

將這些元件組閤在一起，就能創建一個模擬神經元行為的微型電路：

也因此，人造神經元的運行機製類似於生物神經細胞。

在靜止狀態下，神經細胞的外側帶有多餘的正電荷，細胞內側帶有多餘的負電荷，同時，在膜電壓超過給定閾值時，生物神經元就能産生脈衝。

而人造神經元則通過嚮輸入端注入電流産生尖峰，實現一種類似的動作電位的傳導，還能調節電解質的離子濃度控製尖峰頻率。

將人造神經元與捕蠅草連接，根據神經元的放電頻率就能誘導其肺葉閉閤：

加入突觸，形成神經網絡

但單個神經元對於生物體來說是沒有意義的，研究團隊的一位科學傢錶示：

神經元和突觸一起構成瞭大腦的基石。

於是，團隊也製造瞭人工突觸 OECSs ，全稱有機電化學突觸（Organic ElectroChemical Synapses）。

突觸與神經元采用相同的結構製造，通過在通道中施加柵極電壓脈衝，使人工突觸導電性可以長期增加：

通過實驗，研究人員成功證明瞭製成的人工突觸進行瞭赫布學習（Hebbian theory）：

即不再直接對神經元輸入興奮性電流，而是嚮突觸施加電壓，根據其突觸強度將其轉換為電流，從而調節尖峰頻率。

赫布學習是神經科學領域的一種理論，解釋瞭腦中的神經元在學習的過程中所發生的的變化，即：兩個神經元之間的連接強度會隨著活動的增加或減少。

神經元之間的連接強度控製著不同大腦迴路的功能，這也是信息編碼進入大腦的關鍵。

當然，也有不足。

我們大腦中的神經元之間的連接強度會根據活動而實時增強或減弱，但現在的人工突觸隻能 不斷增強 ，但不能減少。

如果這種神經元的連接強度不可逆，那也就無法形成有效的網絡。

賽博朋剋又一步

不過，在前往的復雜的人工製造的感覺和處理係統之前，這種研究至少點亮瞭第一步。

與捕蠅草連接並成功誘導的“閉閤”動作，就證明瞭未來或許還能實現更加復雜的傳感器檢測，與生物係統進行集成，促進植入式設備的開發。

並且，這些人工神經元的電路是印刷在柔性基闆上的，可以進行大規模的印刷，具有較高的製造産能。

軟體機器人、腦機接口，甚至賽博朋剋中的人機結閤，都是可想象的未來。

論文有兩位共同一作Padinhare Cholakkal Harikesh和Chi-Yuan Yang。

其中Chi-Yuan Yang為來自北京的華人科學傢，博士畢業於北京大學，現是瑞典的林雪平大學科學與技術係的一名博士後。

論文：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28483-6

參考鏈接：[1]https://futurism.com/the-byte/scientists-control-venus-flytrap-with-implanted-computer-brain[2]https://singularityhub.com/2022/02/25/scientists-created-an-artificial-neuron-that-can-make-a-venus-flytrap-snap/