西北大學可列印人工神經元 成功與活體腦細胞溝通

美國西北大學（Northwestern University）的工程師成功開發出柔軟、具彈性的電子裝置，能發射類似真實神經元的電訊號。初步測試顯示，這些人工訊號能有效活化小鼠組織中的活體腦細胞，這項突破性進展為未來腦機介面、神經義肢及節能運算技術開啟了嶄新方向。

這項研究成果已刊登於《自然-納米技術》（Nature Nanotechnology）期刊。主導研究的馬克·赫薩姆（Mark C. Hersam）教授指出，人腦的能源效率比數位電腦高出五個數量級，因此從大腦尋求下一代運算靈感是合理的。他強調，傳統電腦依賴剛性矽晶片上的數十億個電晶體，耗能巨大且一旦製造便固定不變；而大腦則具有異質性、動態且三維的特性，需要新材料和新方法來建構電子元件。

這些人工神經元採用可列印墨水製成，材料包括奈米級的二硫化鉬（作為半導體）和石墨烯（作為導體）。研究團隊運用氣溶膠噴墨列印技術，將墨水精確地放置在柔性聚合物表面，從而創造出柔軟的電子裝置。透過控制聚合物的部分分解，並在電流通過時進一步引導分解，形成導電細絲，裝置能夠產生類似活體神經元的尖峰電訊號。

這些可列印神經元能產生多種放電模式，包括單一尖峰、穩定放電和爆發性活動，其尖峰頻率最高可達 20 千赫，並能穩定運作超過百萬次循環。研究團隊與西北大學神經生物學教授英迪拉·M·拉曼（Indira M. Raman）合作，將人工電壓尖峰應用於小鼠小腦切片，成功活化了小腦主要的浦金耶神經元。赫薩姆教授表示，他們的人工神經元在時間範圍內展現出前所未有的特性，足以與活體神經元直接互動。

這項發現有望促成更安全、更有效的植入式裝置，以恢復聽力、視力、運動或感覺回饋，並使義肢能接收或發送更自然的訊號。此外，透過使用行為更豐富的人工神經元，未來的腦啟發運算有望降低能耗、減少熱量產生，並提升永續性，以應對人工智慧資料中心日益增長的龐大電力和水資源消耗問題。