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晶英網?>>?華東百科?>>?醫學?>>?人造神經元

  造神經元是指人工制造的生物神經細胞或具有生物神經細胞結構和功能的電子元件。人造生物神經細胞可用于生物醫療等領域,而生物啟發下的人造神經元,可以用于信息技術領域。

  發展歷程

  人造神經細胞

  2015年7月,瑞典科學家首次在實驗室培育出全功能人造神經元。

  對于神經系統科學家們來說,在實驗室培育迷你大腦的工作似乎有點不盡如人意。現在有一群研究人員已經培育出一種人造神經細胞,功能完全與真正的神經細胞相同。令人驚嘆的是,這種人造的神經細胞成功獲得了神經細胞基本的信號傳輸功能,而且能夠與真正的人體細胞進行交流,而這一切都是在人體外進行的。

  神經細胞是一種特殊的細胞,它們的功能是處理并向其它細胞傳遞信息。為了進行交流,它們會通過突觸釋放出化學信號或者說神經傳導物質。這些化學物質會被毗鄰的細胞接受,然后轉變成為一種電信號或者動作電位,這種電信號會沿著神經細胞的細長軸突進行傳遞。當電信號傳遞到另一端時,會再次轉變成為一種化學信號通過突觸釋放,準備再一次引發傳遞過程。

  為了模擬這一過程,瑞典卡洛琳研究所的科學家們使用了傳導分子(或者說高分子)來構造神經細胞,并將酶基生物傳感器與有機生物電子學聯系到一起。這些傳感器會接收研究人員在它們周圍制造的化學信號,這些化學信號隨后會通過一個電泵轉變成為電信號。電泵用于控制帶電離子的移動,這就像是存在于神經細胞細胞膜間的通道。最終電子信號會被轉變成為一種化學信號。

  研究人員認為,通過進一步的研究和微型化,這些細胞完全能夠應用于實驗室之外,甚至有可能應用于人體。首席研究員Agn eta Richter-Dahlias在一份聲明中稱:“我們預測,未來通過增加無線通信概念,這種生物傳感器能夠放置在人體的某一部位,遠距離誘發神經傳導物質的釋放。借助這項研究,未來我們有可能將其應用于神經系統疾病和研究。”[1]

  人造相變神經元

  2016年8月,IBM蘇黎世研究中心研制出首個人造相變神經元,這種納米尺度隨機相變神經元,可實現高速無監督學習。目前,IBM已經構建了由500個該神經元組成的陣列,并讓該陣列以模擬人類大腦的工作方式進行信號處理。

  IBM相變神經元的整個架構包括輸入端、神經薄膜、信號發生器和輸出端,其中輸入端類似生物神經元的樹突,神經薄膜類似生物神經元的雙分子層,信號發生器類似生物神經元的神經細胞主體,輸出端類似生物神經元的軸突。而神經薄膜是整個神經元產生作用的關鍵物質,它類似生物神經細胞中的液態薄膜,當能量吸收到一定程度時就會產生信號并向外發射。這些信號經過輸出端(軸突)傳導,然后被其他神經元接收,以此循環形成信息處理過程。

  實際應用

  在未來,模擬生物細胞的人造神經細胞或許能夠真正用于治療人類大腦所受的傷害或者疾病,替換那些受損的神經細胞。此外它們還有可能在修復學領域占據一定的地位,外科醫生們或許可以把它們作為病人組織與假肢間溝通的橋梁,讓病人更大程度的操控假肢。

  而在生物細胞啟發下研制出的人造相變神經元,具有具存儲與處理功能,可以應用于認知計算領域,或為下一代神經態計算系統奠定基礎。

糾正錯誤

標簽: 人造神經元

貢獻者:李驚艷

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