麻省大學安姆赫斯特分校的工程師團隊最近宣佈，他們成功地創建了一種人工神經元，其電氣功能與生物神經元非常相似。這項研究基於他們早期利用產電細菌合成的蛋白質納米線進行的工作，這一突破可能為模仿生物原則的超高效計算機鋪平道路，未來有望直接與活細胞連接。這一成果不僅是科學的進步，也可能改變我們對計算機和醫療設備的認知。
根據研究的主導作者，麻省大學安姆赫斯特分校的電氣與計算機工程研究生傅帥表示，人類的大腦處理著大量數據，但其能耗卻非常低，尤其是與運行大型語言模型（如 ChatGPT）所需的電力相比。人類大腦的運行功率約為 20 瓦特，而大型人工智能模型在執行相似任務時可能需要超過 1 兆瓦的電力。這種效率的巨大差距是研究人員希望通過新設計來縮小的目標。
人體的大腦由數十億個神經元組成，這些專門的細胞以極高的效率發射和傳遞脈衝。電子化模擬這一過程一直以來都非常困難。麻省大學安姆赫斯特分校的副教授姚軍表示，早期版本的人工神經元需要的電壓是現在所創建版本的十倍，功耗則是其百倍之多，這使得早期的人工神經元效率低下，無法直接與活神經元進行接口。如今，這些新型神經元的設計僅需 0.1 伏特，與我們體內的神經元相當，這一低電壓設計使得人工神經元不僅能夠融入計算系統，還能夠與生物細胞無縫通信的醫療設備相結合。
研究團隊看到這項技術潛在的廣泛用途，從生物啟發的計算機到直接與人類身體相連的電子設備。姚軍指出，目前市場上有各種可穿戴電子傳感系統，但這些系統相對笨重且效率低下。每當這些系統從人體獲取信號時，都需要進行電力放大，才能讓計算機分析，這個放大過程不僅增加了能耗，還使電路變得更加複雜。相較之下，基於低電壓神經元構建的傳感器完全可以省去這一放大步驟。
這項突破依賴於來自 Geobacter sulfurreducens 的蛋白質納米線，該細菌能自然產生電力。姚軍和他的同事們在近年來利用這些納米線開發了各種新穎技術，包括一種利用汗水供電的生物薄膜、能檢測疾病的“電子鼻”以及一種能從空氣中提取電力的裝置。這個新型的人工神經元進一步推進了他們在生物學和計算之間交匯領域的研究。這項研究得到了美國陸軍研究辦公室、美國國家科學基金會、國家衛生研究院以及阿爾弗雷德·P·斯隆基金會的支持，相關研究成果已發表在《自然通訊》上。
