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  造神经元是指人工制造的生物神经细胞或具有生物神经细胞结构和功能的电子元件。人造生物神经细胞可用于生物医疗等领域,而生物启发下的人造神经元,可以用于信息技术领域。

  发展历程

  人造神经细胞

  2015年7月,瑞典科学家首次在实验室培育出全功能人造神经元。

  对于神经系统科学家们来说,在实验室培育迷你大脑的工作似乎有点不尽如人意。现在有一群研究人员已经培育出一种人造神经细胞,功能完全与真正的神经细胞相同。令人惊叹的是,这种人造的神经细胞成功获得了神经细胞基本的信号传输功能,而且能够与真正的人体细胞进行交流,而这一切都是在人体外进行的。

  神经细胞是一种特殊的细胞,它们的功能是处理并向其它细胞传递信息。为了进行交流,它们会通过突触释放出化学信号或者说神经传导物质。这些化学物质会被毗邻的细胞接受,然后转变成为一种电信号或者动作电位,这种电信号会沿着神经细胞的细长轴突进行传递。当电信号传递到另一端时,会再次转变成为一种化学信号通过突触释放,准备再一次引发传递过程。

  为了模拟这一过程,瑞典卡洛琳研究所的科学家们使用了传导分子(或者说高分子)来构造神经细胞,并将酶基生物传感器与有机生物电子学联系到一起。这些传感器会接收研究人员在它们周围制造的化学信号,这些化学信号随后会通过一个电泵转变成为电信号。电泵用于控制带电离子的移动,这就像是存在于神经细胞细胞膜间的通道。最终电子信号会被转变成为一种化学信号。

  研究人员认为,通过进一步的研究和微型化,这些细胞完全能够应用于实验室之外,甚至有可能应用于人体。首席研究员Agn eta Richter-Dahlias在一份声明中称:“我们预测,未来通过增加无线通信概念,这种生物传感器能够放置在人体的某一部位,远距离诱发神经传导物质的释放。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。”[1]

  人造相变神经元

  2016年8月,IBM苏黎世研究中心研制出首个人造相变神经元,这种纳米尺度随机相变神经元,可实现高速无监督学习。目前,IBM已经构建了由500个该神经元组成的阵列,并让该阵列以模拟人类大脑的工作方式进行信号处理。

  IBM相变神经元的整个架构包括输入端、神经薄膜、信号发生器和输出端,其中输入端类似生物神经元的树突,神经薄膜类似生物神经元的双分子层,信号发生器类似生物神经元的神经细胞主体,输出端类似生物神经元的轴突。而神经薄膜是整个神经元产生作用的关键物质,它类似生物神经细胞中的液态薄膜,当能量吸收到一定程度时就会产生信号并向外发射。这些信号经过输出端(轴突)传导,然后被其他神经元接收,以此循环形成信息处理过程。

  实际应用

  在未来,模拟生物细胞的人造神经细胞或许能够真正用于治疗人类大脑所受的伤害或者疾病,替换那些受损的神经细胞。此外它们还有可能在修复学领域占据一定的地位,外科医生们或许可以把它们作为病人组织与假肢间沟通的桥梁,让病人更大程度的操控假肢。

  而在生物细胞启发下研制出的人造相变神经元,具有具存储与处理功能,可以应用于认知计算领域,或为下一代神经态计算系统奠定基础。

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标签: 人造神经元

贡献者:李惊艳

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