科学家研发出仿真人工神经元

马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校（University of Massachusetts Amherst）的工程师团队近日取得了一项突破性成果，他们研发出一种人工神经元，其电活动几乎完全模拟了生物神经元的功能，并且只需极低的电压即可运行。这项创新技术依赖于一种由电力生成细菌所生产的蛋白质纳米线，能够与生物系统直接通信，同时显著提高了能源效率，为未来的生物启发式计算和可穿戴电子设备打开了新的大门。

“人类大脑在处理海量信息的同时，能耗其实非常低。”研究的第一作者、电子与计算机工程专业的研究生帅夫(Shuai Fu)表示，“比如，大脑完成像写作这样需要复杂思维的任务时，仅消耗约20瓦的电能，而一个类似ChatGPT这样的大型语言模型完成同等任务时可能需要超过一兆瓦。”

这种高效的电能利用得益于大脑中的数十亿个神经元，这些细胞通过接收和发送电信号来运行。然而，长期以来，将人工神经元的电压降低到生物匹配水平始终是科学界面临的挑战。与此相比，此次新开发的人工神经元只需0.1伏特的电压，与人体神经元的电压水平几乎完全相当。该研究的高级作者、马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校电子与计算机工程副教授姚骏（Jun Yao）强调，“这是此前人工神经元设计所无法企及的，我们的技术不仅更高效，而且能够与活体神经元直接连接。”

这项研究的关键在于一种奇特的微生物——硫还原地杆菌（Geobacter sulfurreducens）。这种细菌能够生产一种导电性极佳的蛋白质纳米线，为人工神经元提供了强大的功能基础。姚骏及其团队此前已经从这种蛋白质中开发出一系列高效的设备，包括能够由汗液供电的生物膜、用于检测疾病的“电子鼻”、以及从空气中提取电力的装置。

通过这种革命性技术，人工神经元在能源效率和功能表现上取得了突破性的进步，为生物启发式设备的设计提供了一种全新路径。姚骏指出，“现有的可穿戴电子传感系统虽然功能强大，但能源消耗和复杂性令人望而却步。比如，每次感知到人体信号时，它们都需要进行电信号放大，这不仅增加了能耗，也让设备结构更为复杂。但采用低电压的人工神经元，这一中间放大步骤有望被彻底取消。”

未来，人工神经元的潜在应用令人激动。低功耗计算机、直接与生物组织通信的可穿戴设备、乃至以汗液、空气为能源的传感器等，都是这一技术的重要发展方向。这些设备不仅可能彻底颠覆当前的计算架构，还可能在人机交互、医疗健康和能源利用等领域带来深远影响。