科学家造出像真神经元一样工作的人造神经元

“我们的大脑处理海量数据，”马萨诸塞大学阿默斯特分校电子与计算机工程专业研究生、这项发表在《自然·通讯》上的研究的第一作者傅帅（音译）表示，“但其能耗却非常非常低，尤其是与运行像ChatGPT这样的大型语言模型所需的电量相比。”

人体的电力效率惊人——比典型的计算机电路高出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。像写故事这样的任务，人脑仅需约20瓦电力，而大型语言模型完成同样的事情可能需要超过1兆瓦的电力。

工程师们长期以来一直致力于设计更节能计算的人工神经元，但将其电压降至生物水平一直是个主要障碍。“之前的人工神经元版本比我们创造的这个使用的电压高10倍，能耗更是高100倍，”马萨诸塞大学阿默斯特分校电子与计算机工程副教授、该论文的资深作者姚骏（音译）说。正因为如此，早期设计效率低得多，且无法直接与活神经元连接，因为活神经元对较强的电信号很敏感。

“我们研发的神经元仅需0.1伏电压，这与我们体内的神经元大致相同，”姚骏表示。

傅帅和姚骏的这种新型神经元有着广泛的应用前景，从按照生物启发且效率高得多的原理重新设计计算机，到能够直接与我们的身体“对话”的电子设备。

“我们目前有各种各样的可穿戴电子传感系统，”姚骏说，“但它们相对笨重且效率低下。每次感知到来自人体的信号时，都必须进行电放大，以便计算机分析。这种中间放大步骤既增加了功耗，也增加了电路的复杂性，而用我们的低电压神经元构建的传感器则完全不需要任何放大。”

该团队新型低功耗神经元的秘密成分是一种从神奇的硫还原地杆菌（Geobacter sulfurreducens）中合成的蛋白质纳米线，这种细菌还具有发电的超能力。姚骏与多位同事曾利用这种细菌的蛋白质纳米线设计出一系列高效设备：一种由汗液驱动、可为个人电子设备供电的生物膜；一个能嗅出疾病的“电子鼻”；以及一种几乎可以用任何材料制成、能从空气中收集电能的设备。

这项研究得到了美国陆军研究办公室、美国国家科学基金会、美国国立卫生研究院和艾尔弗雷德·P·斯隆基金会的支持。