Ученые напечатали нейроны, способные «общаться» с клетками мозга

Что случилось

Инженеры Северо-Западного университета в США (Northwestern University) разработали искусственные нейроны, которые способны взаимодействовать с живыми клетками мозга. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Новые устройства создаются с помощью аэрозольной струйной печати — технологии, при которой «электронные чернила», специальные материалы для печати электрических схем, наносятся точно в нужные участки. Все это попадает на гибкий полимер, что делает устройства мягкими и ближе по свойствам к биологическим тканям.

Ключевое отличие разработки — способность генерировать сложные электрические сигналы, похожие на те, что используют реальные нейроны. В отличие от большинства искусственных аналогов, которые создают простые импульсы, эти нейроны могут воспроизводить разные типы активности: одиночные всплески, серии сигналов и прерывистые паттерны.

Ученые использовали недостаток полимера как преимущество. Обычно этот материал в разработке нейроморфных систем убирают, потому что он мешает прохождению тока. Но в данном случае его частично разлагают, а затем при пропускании тока он продолжает разрушаться неравномерно. В результате формируется узкий проводящий канал, который создает резкий электрический отклик, похожий на работу настоящего нейрона.

Чтобы проверить, работают ли такие нейроны с живой тканью, исследователи протестировали их на срезах мозжечка мыши. Электрические сигналы от искусственных нейронов вызывали реакцию у настоящих нейронов — причем совпадали не только по времени, но и по форме импульсов. Это означало, что искусственные устройства действительно могут запускать активность нейронных цепей.

Экономика инноваций Мозг на пике возможностей: как биоинженерия меняет нейронауку

Разработка также отличается высокой энергоэффективностью (способностью выполнять те же задачи, используя меньше энергии). Благодаря разнообразию сигналов один такой нейрон способен кодировать больше информации, чем обычные искусственные нейроны, применяемые в современных вычислительных системах, а значит, для вычислений требуется меньше компонентов. Это может снизить энергозатраты по сравнению с последними моделями ИИ, которые требуют огромных вычислительных мощностей.

Кроме того, технология печати уменьшает количество отходов, так как материалы наносятся только там, где это необходимо. А сами устройства получаются относительно недорогими и простыми в производстве.

Авторы работы считают, что такие нейроны могут стать основой для новых нейроинтерфейсов, нейропротезов (например, для восстановления слуха, зрения или движения), а также для создания вычислительных систем, которые работают по принципам, близким человеческому мозгу.

Напечатанные нейроны (Фото: Герсам Марк)

Контекст и предпосылки

ИИ требует все больше энергии: рост моделей и данных увеличивает нагрузку на дата-центры, их охлаждение и энергосистему. Это становится не только технологической, но и экологической проблемой.

Поэтому все более важной становится энергоэффективность. В классической электронике ее повышают за счет увеличения числа транзисторов и оптимизации архитектуры чипов. Но такой подход постепенно упирается в физические и экономические ограничения.

Поэтому ученые ищут альтернативы — в том числе вдохновляясь биологическим мозгом. Он считается одним из самых энергоэффективных «вычислительных устройств», так как способен обрабатывать сложную информацию при крайне низком энергопотреблении. Попытку воспроизвести принципы работы мозга в электронике называют нейроморфными вычислениями.

Такие подходы уже выходят за пределы лабораторий. В феврале 2026 года в Техасе открылся центр, где для вычислений используют системы, имитирующие работу нейронов.

Футурология Ученые или ИИ: кто кем будет управлять в лаборатории будущего

Вероятные последствия

• Технологии, способные напрямую взаимодействовать с нейронами, могут ускорить сближение живых тканей и электронных систем. Устройства тогда перестанут быть «внешними» по отношению к телу и будут работать как продолжение нервной системы. Это может изменить подход к лечению неврологических заболеваний и восстановлению функций организма.
• Новые нейроны способны кодировать больше информации на уровне одного элемента, что потенциально снижает общее число компонентов в системе. Это открывает путь к более компактным и дешевым устройствам, несмотря на рост их функциональности. Если технология масштабируется, сложные вычисления могут стать доступнее для малого бизнеса и медицины. В результате ИИ может быстрее распространиться за пределы крупных технологических компаний.