探索脑机交互新模态,人工神经元实现信号模态兼容的双向通信

发布网友发布时间：2024-08-19 00:00

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热心网友时间：2024-09-09 08:22

长期以来，脑机接口技术的通信媒介大多局限于电信号，与生物神经元的直接连接尚属空白，神经递质的直接感知更是遥不可及。然而，科技的突破性进展正在改写这一格局。南京邮电大学汪联辉教授、王婷教授团队，携手新加坡南洋理工大学陈晓东教授和南京医科大学胡本慧教授，联手打造了一项革命性的突破——基于神经递质双向交互的人工神经元，成功构建了跨模态的脑机交互平台（来源：Nature Electronics）。

这一创新性设计突破了传统脑机接口的局限，人工神经元通过化学介导，以神经递质作为信使，实现了化学通讯过程的精准解读，从而深入理解神经递质中蕴含的分子信息，为生物接口优化和智能感知增强等前沿技术的发展提供了强力支持（王婷教授如是说）。

神经递质在大脑信息传递中扮演着关键角色，它如同大脑内部的无形信使，影响着决策与情绪调控等复杂功能。然而，过去的技术无法直接捕捉这些微妙的化学信号。人工神经元的诞生，为我们打开了一扇了解大脑深层机制的新窗口（神经递质双向交互人工神经元示意图）。

人工神经元的构造巧妙地融合了氧化石墨烯和碳纳米管的电化学传感器、忆阻器与多巴胺释放系统，它能精确感应微摩尔浓度的多巴胺，并在恰当的浓度范围内释放，模拟神经元间复杂的化学交流。这个系统以电流信号响应为输出，通过忆阻器的自适应调节，触发神经递质的释放，再现了神经元间的化学通信过程。

实验者通过在小鼠神经元细胞中测试人工神经元的交流能力，证明了其能有效感知和响应活体神经元产生的多巴胺信号，并引发反馈。这标志着人工神经元已经实现了与活体神经元的化学语言同模态通信，构建出了一种化学驱动的脑机交互界面，开启了脑机交互的新纪元（神经元系统的性能挑战与未来展望）。

尽管人工神经元带来了显著的进步，但与生物体的系统级性能相比，还有待提升，包括响应速度、功耗和封装技术。王婷教授强调，这需要跨学科的科研力量共同攻坚，以期缩小差距，提升系统稳定性，并向构建微型智能机器人、意识控制和神经形态计算等更高目标迈进。

未来，科研团队将继续优化材料和器件设计，同时探索化学介导神经元网络的构建，以实现更复杂的情绪关联活动。这场脑机交互的革新之旅，正揭示着一个全新的脑机交互领域，让科技与生命间的沟通更加无缝（科研团队的未来展望）。