最近，科学家们已经成功地在硅片上制造了人工神经元，其行为与真实神经元的行为相同。这是同类研究的第一个成果，为治疗慢性疾病，如心力衰竭、阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病提供了巨大的可能性。

重要的是，这种人工神经元不仅表现得像生物神经元，而且只需要微处理器十亿分之一的功率，这使得它们非常适合用于医疗植入和其他生物电子设备。

巴斯大学领导的研究小组，包括来自布里斯托尔大学、苏黎世大学和奥克兰大学的研究人员，在《自然通讯》发表的一项研究中描述了人工神经元。

几十年来，设计能够像真实神经元一样对神经系统的电信号做出反应的人工神经元一直是医学界的主要目标，因为它提供了治疗异常神经元工作或脊髓损伤的可能性。人工神经元可以通过对生物反馈的充分反应来修复病理性神经回路，从而恢复身体功能。例如，在心力衰竭中，大脑底部的神经元不能对神经系统的反馈做出适当的反应，也不能向心脏发送正确的信号，因此心脏的跳动没有达到所需的强度。

然而，由于复杂的生物学和不可预测的神经元反应，人工神经元的发展面临着巨大的挑战。

现在，研究人员已经成功地建立了模型并推导出方程来解释神经元如何响应来自其他神经的电刺激。这非常复杂，因为响应是非线性的。然后，他们设计了能够精确模拟生物离子通道的硅片。接下来，他们证明了这种硅神经元能够准确模拟真实的对一系列刺激做出反应的活体神经元。研究人员精确地复制了大范围刺激下大鼠海马神经元和呼吸神经元的完整动态。

巴斯大学物理系的艾伦·诺格瑞特教授领导了这个项目。他说:“到目前为止，神经元就像黑盒子，但是我们已经成功地打开了黑盒子，看到了里面的东西。我们的工作带来了巨大的变化，因为它提供了一种复制真实神经元电特性细节的强大方法。此外，我们的人工神经元有更广泛的应用范围，因为我们的神经元只需要140毫瓦的能量。这仅仅是微处理器的十亿分之一，微处理器已经被用于其他合成神经元的尝试。我们的人工神经元的特性使它们非常适合作为治疗慢性疾病的生物电子植入物。例如，我们正在开发一种智能心脏起搏器，它不仅能刺激心脏以稳定的速度跳动，还能利用这些神经元对心脏的需求做出实时反应。”

苏黎世大学的giacomo Indiveri教授是这项研究的合著者，他补充道:“这项工作为神经形态芯片的设计开辟了一个新的领域，因为它使用独特的方法来识别关键的模拟电路参数。”

另一位合作者，奥克兰大学的生理学家、布里斯托尔大学的研究员朱利安·佩顿教授说:“这非常令人兴奋，为生物电子学小型化和植入呼吸神经元开辟了巨大的机会。智能医疗设备正在推动针对一系列疾病和残疾的个性化医疗方法的转变。”

另一位合著者、奥克兰大学和布里斯托尔大学的生理学教授朱利安·巴顿(Julian Patton)说:“在生物电子学中复制呼吸神经元的反应，可以被小型化和植入，这非常令人兴奋，并为智能医疗设备带来了巨大的机遇，这些设备可以促进针对一系列疾病和残疾的个性化医疗方法。”

本文由译者Lough根据知识共享协议(BY-NC)从techxplore翻译并出版。

原标题:世界上第一个人工神经元