日本科学家突破:活体神经元网络自主生成复杂波形
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2026-04-07 14:29:58
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4月5日,日本科学家在神经科学和人工智能领域取得突破,成功训练大鼠皮层神经元自主生成复杂时序信号。这项研究由日本东北大学与未来大学的研究团队共同完成,他们通过集成活体神经元、高密度微电极阵列及微流控设备,构建了“闭环储备池计算”系统。该系统能够无需外部输入,自主学习和生成周期性及混沌波形,执行AI计算任务。

技术核心在于利用PDMS微流控薄膜约束神经元连接方式。研究发现,无物理约束时,培养神经元会形成高度同步化网络,无法学习目标信号。因此,团队将神经元胞体限制在128个微型微孔中,通过微通道连接,构建了格型和分层两种网络结构。这种设计显著提升了网络动力学维度,将神经元两两相关性从0.45降至0.12。测试结果显示,格型网络在所有目标波形中表现优异,系统能生成周期为4秒、10秒和30秒的正弦波、三角波及方波,并能逼近三维混沌轨迹洛伦兹吸引子,学习阶段预测信号与目标信号相关性超过0.8。

尽管该技术展现了巨大潜力,但目前仍存在性能瓶颈。训练停止后,系统自主运行时误差增加,反馈环路约330毫秒的延迟限制了系统追踪快速变化波形的能力。科研团队未来希望通过专用硬件降低延迟,扩展其在脑机接口和神经假体设备中的应用。

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