集成了神經元的活體機器人——神經機器人，能夠重塑形態(tài)并驅動超越纖毛運動的復雜行為。

科學家們創(chuàng)造出了配備功能性神經系統(tǒng)的微型活體機器人，這標志著對以往缺乏內部控制的生物混合機器的重大超越。

這種名為"神經機器人"的新型生物構造體，完全由青蛙胚胎細胞構建而成，但包含能夠自組織形成活躍神經網絡并影響運動與行為的神經元。

與金屬和硅制成的傳統(tǒng)機器人不同，甚至與早期僅依靠纖毛推動自身的活體機器人也不同，神經機器人集成了神經元，這些神經元能與體內其他細胞類型建立連接。

這種集成重塑了它們的形態(tài)與運動模式，使其展現(xiàn)出比無神經對應物更為復雜多樣的行為。

該研究由哈佛大學維斯生物啟發(fā)工程研究所的科學家及其合作者主導，其工作建立在被稱為"異種機器人"的早期研究基礎上——那是由青蛙皮膚細胞簡單組裝、能在液體環(huán)境中移動的活體機器人。

雖然異種機器人展示了自主運動和對信號的簡單響應，但它們缺乏協(xié)調活動的中央內部系統(tǒng)。

為了給活體機器人賦予神經系統(tǒng)，研究團隊開發(fā)了一種技術，在形成中的生物機器人發(fā)育早期階段植入神經前體細胞。

隨著時間的推移，這些細胞分化為神經元，它們不僅在彼此之間形成連接，還向機器人表面驅動運動的細胞（如多纖毛細胞）延伸。

新的控制層級

一旦神經元完成集成，神經機器人便開始與其結構更簡單的前身分道揚鑣。

新增的神經組織改變了它們的形態(tài)，使其更加細長，并改變了它們的行為，導致活動性增強，運動模式也更為復雜精細。

研究人員表示，這表明神經活動不僅存在，而且對這些活體機器的行為產生了實際影響。

"重要的是，神經系統(tǒng)的集成重塑了神經機器人的形態(tài)與功能，"主導開發(fā)該方法的論文第一作者哈萊·福托瓦特博士說。

"與普通生物機器人相比，神經機器人更為細長，展現(xiàn)出獨特的纖毛細胞表達模式，活動性更強，自發(fā)性行為更為復雜，并且在全局基因表達上發(fā)生了顯著變化。"

研究團隊還設計了實驗來測試神經活動如何影響運動。在一項實驗中，他們用一種能改變神經通訊的藥物同時處理了神經機器人和對照組的普通生物機器人。

兩者的反應差異支持了神經機器人中的神經系統(tǒng)在主動塑造行為的觀點，盡管其背后的具體機制仍有待深入研究。

除了直接影響運動，研究人員還發(fā)現(xiàn)神經機器人的基因表達出現(xiàn)了意想不到的變化，包括與青蛙視覺系統(tǒng)發(fā)育相關的基因。

這些發(fā)現(xiàn)提高了未來可能涌現(xiàn)出其他感官能力的可能性，盡管現(xiàn)階段這仍屬于推測。

"從生物機器人到現(xiàn)在的神經機器人，這類進展挑戰(zhàn)了科學思維和所有既有的范式，"維斯研究所創(chuàng)始主任唐納德·英格伯說。

"它們代表了生物醫(yī)學研究的新前沿，不僅有助于深入理解基礎生物學，還為開發(fā)應對那些目前尚無法想象的醫(yī)學難題的解決方案提供了潛力。"

該研究發(fā)表于《先進科學》期刊。

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