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极速聊科技|迈向脑机接口！科学家使用多巴胺无缝连接人工神经元和生物神经元

仅仅5年时间 ， 神经形态装置或者大脑启发计算装置已经显得很古怪了 。 那什么是当前的宠儿？这就要说到人工-生物混合计算了 ， 而人工-生物混合计算是将人造计算机芯片和生物神经元无缝结合到半活电路中 。
极速聊科技|迈向脑机接口！科学家使用多巴胺无缝连接人工神经元和生物神经元
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这听起来很疯狂 ， 但是《自然材料》杂志上的一项新研究表明 ， 让人工神经元直接与生物神经元是有可能的 ， 而这不仅仅是使用电流 ， 还可以用多巴胺——一种大脑用来改变神经回路行为的化学物质 ， 最著名的是传递奖励信号 。
因为这些被称为“神经递质”的化学物质是生物神经元在大脑中功能连接的方式 ， 这项研究戏剧性地证明了将人工零件与生物脑细胞连接到功能电路中是可能的 。
该研究小组不是第一个研究混合神经元电路的团队 ， 在此之前 ， 另一个团队仅用电子协议将两个硅基人工神经元和一个生物神经元连接到一个电路中 。 尽管这是一个强大的混合计算演示 ， 但它的研究仅依赖大脑一半的计算能力：电子计算 。
现在 ， 这项新研究解决了另外一半：化学计算 。 它增加了一层兼容性 ， 不仅为大脑启发计算机奠定了基础 ， 还为脑机接口——或许——一种“半机械人”的未来奠定了基础 。 毕竟 ， 如果你的大脑不能区分人工神经元和你自己的神经元 ， 你能吗？即使你可以做到 ， 你会介意吗？
当然 ， 这种场景还很遥远——即使有的话 。 目前 ， 由斯坦福大学材料科学与工程的阿尔贝托·萨利奥博士领导的团队让混合电路研究工作松了一口气 。
“这证明了将化学和电子融合的交流是可能的 ， ”萨利奥说 ， “你可以说这是迈向脑机接口的第一步 ， 但这也只是非常微小、微小的第一步 。 ”
神经形态计算
这项研究经历多年的工作 ， 并发展到神经形态计算 ， 或者是大脑启发的数据处理 。
这个“蓝天”设想是受大脑巨大的并行计算能力及巨大的能源节约启发的 。 科学家认为 ， 通过模仿这些特性 ， 我们有可能给计算带来“涡轮增压 。 神经形态装置基本上以物理形式体现人工神经网络 ， 模仿大脑处理信息的硬件不会更加有效和强大吗？
这些探索导致了新型的神经形态芯片 ， 或者像生物神经元一样能“发射”信息的人工神经元 。 其他研究工作发现 ， 可以将这些芯片连接到功能强大的电路中 ， 这些电路通过称为“人工突触”的生物工程通信节点进行深度学习 。
作为潜在的计算机硬件替代品 ， 这些系统已经被证明具有令人难以置信的前景 。 然而 ， 科学家们很快就产生了疑问：鉴于它们与生物大脑的相似性 ， 我们能否将它们作为遭受创伤、衰老或者退化的大脑的“替代部件”？我们能把神经形态零件连接到大脑来恢复大脑的功能吗？
谈谈化学物质
理论上 ， 答案是肯定的 。
但是存在一个大问题：当前的脑机接口只使用电信号来模仿神经计算 。 相比之下 ， 大脑有两个窍门：电子和化学 ， 或者电化学 。
在神经元内 ， 电信号通过球状体沿其输入分支向上传播 ， 然后沿着输出分支向下传播 。 但是 ， 当电信号到达散步在输出分支上的神经外向“码头”时 ， 它们遇到了障碍 。 神经元之间存在一个小间隙 ， 为了到达另一边 ， 电信号通常需要通过变化为装有化学药品的小泡泡船 ， 才能驶向另一神经元海岸 。
换言之 ， 没有化学信号 ， 大脑将无法正常工作 。 这些神经递质不只是被动地携带信息 。 比如 ， 多巴胺可以极大改变神经电路的功能 。 对于人工-生物混合神经系统 ， 化学物质的缺失就像将国际货船绑在陆地上的铁路和高速公路上 。
研究团队说：“为了模拟生物突触行为 ， 必须通过局部的神经递质的活性来动态调节神经形态装置的连通性 。 ”
让我们聊聊电化学
新的研究从两个神经元开始：一个是上游神经元 ， 这是释放多巴胺的永生生物细胞 。 另一个是下游神经元 ， 这是该团队先前于2017年引入人工神经元 ， 使用了生物相容性和导电材料制成 。


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