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原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251013040335.htm
原文作者：University of Massachusetts Amherst
科学家构建出功能与真实神经元无异的人工神经元
研究人员使用细菌生长的蛋白质纳米线制造了低电压人工神经元，实现了与生物系统的直接通信。
麻省大学阿默斯特分校的工程师们开发出了一种人工神经元，其电活动与天然脑细胞非常相似。这项创新建立在团队早期使用由产电细菌制成的蛋白质纳米线的研究基础上。这种新方法有望为遵循生物启发、效率更高的计算原则的计算机铺平道路，甚至可能直接与生物组织连接。
"我们的大脑处理海量数据，"麻省大学阿默斯特分校电气与计算机工程的研究生、该研究的首席作者Shuai Fu说，"但其功耗非常非常低，尤其是与运行像ChatGPT这样的大型语言模型所需的电量相比。"
人体以惊人的电气效率运行——比典型计算机电路的效率高出100多倍。仅大脑就包含数十亿个神经元，这些特化细胞在全身发送和接收电信号。执行诸如撰写故事之类的任务，人脑仅消耗约20瓦的电能，而大型语言模型完成相同任务可能需要超过兆瓦的电量。
工程师们长期以来一直致力于设计更节能的人工神经元，但将它们的电压降低到与生物水平相匹配一直是一个主要障碍。该论文的资深作者、麻省大学阿默斯特分校电气与计算机工程副教授Jun Yao说："之前的人工神经元版本使用的电压是我们所创造的神经元的10倍，功耗是100倍。"正因为如此，早期的设计效率要低得多，而且无法直接与对较强电信号敏感的活神经元连接。
"我们的神经元仅记录0.1伏特的电压，这与我们体内的神经元电压大致相同，"Yao说。
Fu和Yao的新神经元有着广泛的应用前景，从以更高效的生物启发原则重新设计计算机，到可以直接与我们身体对话的电子设备。
"我们目前有各种可穿戴电子传感系统，"Yao说，"但它们相对笨重且效率低下。每当它们感知到来自我们身体的信号时，都必须对其进行电信号放大，以便计算机进行分析。这种中间的放大步骤增加了功耗和电路的复杂性，但使用我们低电压神经元构建的传感器则完全可以省去任何放大步骤。"
该团队新型低功耗神经元的秘密成分是利用一种由Geobacter sulfurreducens这种非凡细菌合成的蛋白质纳米线，该细菌还具有产生电力的超能力。Yao与多位同事一起，已经利用该细菌的蛋白质纳米线设计了一系列非凡高效的设备：一个由汗液供电的可为个人电子产品供电的生物膜；一个可以嗅探疾病的“电子鼻”；以及一个几乎由任何材料制成，可以从空气中收集电力的设备。
这项研究得到了陆军研究办公室、美国国家科学基金会、美国国立卫生研究院和阿尔弗雷德·P·斯隆基金会的资助。
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