2022年8月8日，《自然∙电子学》（Nature Electronics）杂志刊发我校胡本慧教授与合作者的研究论文《化学介导人工神经元》（A chemically mediated artificial neuron）。该工作发展了一种化学型脑机接口：构建了神经递质感知控释的人工突触，使其与生物神经元具备同样的信使模态，可以复刻生物体化学突触双向交互的功能，为下一代生物接口提供新的策略。该研究由我校工信院与新加坡南洋理工大学、南京邮电大学、复旦大学、新加坡IMRE研究所、中科院北京化学所等单位合作完成；我校胡本慧教授与新加坡南洋理工大学陈晓东教授为论文共同通讯作者。
揭秘大脑功能，不仅可以为日益攀升的脑疾病提供诊疗依据，也能够为类脑芯片构建提供新的策略。为解读大脑信息，脑机接口应运而生。目前脑机界面信号的传输主要依赖于电生理信号，然而在生物体内，神经元之间的交互依赖神经递质作为信使分子。因此，现有脑机接口与神经元进行直接交互时，界面处势必存在信号模态不匹配的问题。本工作中报道了一种由神经递质介导的人工神经元组成的新型脑机接口，其能够接收和自适应地定量发送神经递质如多巴胺分子到活神经元。该人工突触的化学信息传导流经三个功能基元：可动态响应神经递质的多巴胺分子传感器，即时加工输入信息的自适应调制型忆阻器，以及受忆阻器电流输出控制的水凝胶致动分子释放器。该系统可用于生物混合界面，研究团队证明其可以动态响应 PC12 细胞的胞吐作用并释放多巴胺以反馈调控相邻的PC12 细胞，实现类中间神经元的化学通讯。研究人员还证明了该人工神经元通过动态多巴胺分子刺激触发活鼠后肢弯曲和机械臂的动态操控。
图 人工神经元与生物体活体神经元的交互。图片来源：Nature Electronics
下一步的研究将建立一个化学介导的神经元网络来完成复杂的生命活动及多模态信息即时识别。最终目标是增强人工神经元网络以复刻生物系统，构建微型智能机器人和神经形态感算一体，促进多学科背景研究者深入的跨学科合作。
原文链接 https://www.nature.com/articles/s41928-022-00803-0
NewScientist采访链接
https://www.newscientist.com/article/2332554-artificial-neuron-swaps-dopamine-with-rat-brain-cells-like-a-real-one/