科學(xué)家用活體神經(jīng)元完成復(fù)雜計算，腦機(jī)融合邁出關(guān)鍵一步

科幻場景正加速變?yōu)楝F(xiàn)實。日本東北大學(xué)等團(tuán)隊近日在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）發(fā)表重磅研究，首次成功訓(xùn)練培養(yǎng)皿中的大鼠活體神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，完成生成正弦波、三角波乃至混沌信號等復(fù)雜計算任務(wù)，標(biāo)志著生物計算與腦機(jī)融合領(lǐng)域取得里程碑式突破。

AI生成

研究團(tuán)隊利用微流控芯片技術(shù)，將大鼠皮層神經(jīng)元精準(zhǔn)分區(qū)定植，既保持細(xì)胞秩序又允許相互連接，構(gòu)建出穩(wěn)定的生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BNN）。通過 26400 通道高密度微電極陣列，研究人員實時記錄神經(jīng)元電信號，經(jīng)濾波解碼后轉(zhuǎn)化為輸出；再將誤差信號以電脈沖形式回輸，形成閉環(huán)反饋回路，結(jié)合 FORCE 學(xué)習(xí)算法持續(xù)優(yōu)化性能。

實驗顯示，該系統(tǒng)不僅能穩(wěn)定生成 4 秒至 30 秒不同時長的周期信號，更成功復(fù)現(xiàn)洛倫茲吸引子混沌軌跡，三維預(yù)測與目標(biāo)信號相關(guān)性超 0.8，展現(xiàn)出強大的高維動力學(xué)特性。與傳統(tǒng)硅基芯片相比，活體神經(jīng)元具備超低功耗、強自適應(yīng)、自修復(fù)等天然優(yōu)勢，能效比遠(yuǎn)超現(xiàn)有 AI 硬件。

“這證明活體神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)不僅是生命系統(tǒng)，更可作為革命性計算資源。” 項目負(fù)責(zé)人山本英敏教授表示，該技術(shù)為破解大腦工作機(jī)制提供新路徑，也為低功耗生物計算芯片、腦機(jī)接口、藥物篩選與神經(jīng)疾病模擬開辟全新方向。

目前系統(tǒng)仍存在 330 毫秒延遲、長期穩(wěn)定性不足等局限。團(tuán)隊計劃優(yōu)化算法、縮短反饋延遲，推動技術(shù)向?qū)嵱没~進(jìn)。業(yè)內(nèi)評價，此次突破打通生物神經(jīng)與機(jī)器學(xué)習(xí)壁壘，預(yù)示 “生物 - 硅基混合智能” 時代加速到來，或?qū)⒅厮芪磥碛嬎闩c人工智能產(chǎn)業(yè)格局。