近日，南京邮电大学化学与生命科学学院、有机电子与信息显示国家重点实验室的王婷教授和汪联辉教授团队与新加坡南洋理工大学陈晓东教授、南京医科大学胡本慧教授开展合作研究，在柔性生物传感领域取得重要进展，开发了一种基于神经递质双向交互的人工神经元，构建了模态兼容的脑机交互界面。相关成果以A chemically mediated artificial neuron为题发表在国际顶级学术期刊Nature Electronics（《自然·电子学》）上。
揭秘大脑功能，解读脑部信号，不仅可为脑疾病提供诊疗依据，也能够为类脑芯片构建新策略。脑机接口是脑研究领域的黑科技之一，它以电生理信号为通讯媒介，承载着信号双向传输的功能。然而在生物体内，脑部神经元之间主要通过递质为信使分子，最终实现决策、记忆、情绪等智能行为。由于脑机接口缺乏神经递质感释功能，当其与生物神经元直接交互时，界面处将产生信息模态不兼容的问题，无法在体内递质分子动态平衡的微环境中表现出自适应特性，从而限制脑部信息解读的精准性与全面性，特别是在解读与神经递质相关的复杂智能行为上存在壁垒。
针对以上问题，王婷教授和汪联辉教授团队与合作者们开发了一种基于神经递质双向交互的人工神经元，它能够接收和自适应地定量发送神经递质多巴胺分子到活神经元。人工神经元是一个异构集成的序列柔性操作系统，包括一个多巴胺分子传感器、一个用于信号处理的忆阻器和一个多巴胺分子释放器。化学信息流遵循三个步骤：以电流信号响应作为输出的多巴胺分子激活传感器，通过电流信号对忆阻器的内阻状态进行适应性调制，以及受忆阻器电流输出控制的水凝胶致动分子释放器。该系统可用于生物混合界面，表明该化学驱动型人工神经元可以响应 PC12 细胞的分子胞吐作用，并释放多巴胺以反馈激活 PC12 细胞，实现类中间神经元的化学通讯。我们还证明了该人工神经元通过动态多巴胺分子刺激触发活鼠后肢弯曲和机械臂的可控反馈。
本工作得到了国家重点研发计划项目、江苏省前沿引领技术基础研究专项、江苏省特聘教授、江苏省青年科学基金的支持。
撰稿：王婷 编辑：常永正 审核：赖文勇