西班牙《非常有趣》雜誌4月5日文章，原題：他們創造出了首批植入神經細胞的“生物機器人”，這些機器人能夠自主製造大腦 當機器人學和生物學之間的界限模糊到幾乎消失時會發生什麼？會誕生像小說《弗蘭肯斯坦》中那樣的人造怪物嗎？生命系統工程領域的一項最新研究將青蛙細胞融入機器人的身體，從而創造出擁有自身神經控制系統的“生物機器人”。

細胞可塑性驚人

近日，在一篇發表在德國《先進科學》期刊上的論文中，美國塔夫茨大學和哈佛大學的研究人員利用神經前體細胞（一類具有自我更新能力和多向分化潛能的未成熟細胞，可分化形成神經元、星形膠質細胞和少突膠質細胞）開發出了首批自主生物機器人。這項研究不僅挑戰了我們對機器人的理解，還揭示了細胞可塑性：神經元細胞能夠在自然生物體外環境進行生長髮育並構建邏輯網絡。

這些生物機器人的構建基礎是非洲爪蟾的表皮組織。在正常情況下，這些細胞會構成動物的皮膚，提供保護屏障。然而，科學家利用合成形態學技術，將這些細胞從其原始環境中提取出來，並將它們重新組合，以一種全新的物理形態協同運作，變成了“生物機器人”。這項實驗與以往實驗的根本區別在於，它添加了“智能片段”：神經元的前體細胞。當這些神經細胞被引入生物機器人體內時，會發生一種宛如科幻小說般的自組裝過程。植入的神經元會逐漸成熟，並延伸出軸突和樹突，在人工設計的機器人體內形成功能性突觸。細胞自行探索新的環境，尋找鄰近細胞，並建立起電信號網絡，而非由工程師在顯微鏡下逐一進行連接。

神經網絡並非裝飾

爲了解機器人分子層面的運作機制，研究人員採用一種名爲RNA測序的技術。該技術能夠讓他們觀察到生物機器人細胞內哪些基因在何種特定時間處於“開啓”或活躍狀態。研究結果帶來了一個技術上的意外發現，迫使我們重新思考合成生物學中對感知的理解。

研究結果揭示了這些生物體感知特性的一個意想不到的事實。儘管缺乏眼睛或頭部結構，這些生物機器人仍能自發激活與視覺感知相關的基因。這一現象表明，神經元保留着某種關於其譜系的記憶，或者說，當它們發現自己處於新的身體結構中時，會嘗試激活感覺通路來解讀周圍環境。這表明，即使缺乏傳統的感官器官，生命也會不斷探索感知世界的新方式。爲了證實這個神經網絡不僅僅是結構上的“裝飾品”，哈佛大學和塔夫茨大學的研究團隊採用了鈣成像技術。這種可視化技術使科學家能夠實時觀察細胞間電信號的觸發時間和方式。通過添加對鈣離子流動有反應的熒光指示劑，科學家們得以觀察到這些神經機器人之間的電信號“交流”。

可能合成肌肉控制系統

高分辨率顯微鏡證實了運行邏輯網絡的存在。鈣成像證實了同步電活動脈衝的存在，這些脈衝協調着生物機器人的行爲。當外界刺激產生時，神經網絡中的電脈衝會讓生物機器人作出相應反應，使它們能夠與周圍環境互動。這種“基礎智能”使得生物機器人能夠以不同於沒有神經系統的簡單生物機器人的方式進行運動。

這些機器人並非實驗室裏的“弗蘭肯斯坦”，而是對生命極限的探索。通過爲生物機器人配備神經系統，研究人員正在爲新一代醫療技術奠定基礎。未來，類似的系統有望被設計成能夠自主導航人體、識別組織損傷，並利用自身的生物處理能力協調複雜的修復過程。瞭解神經元如何在人工環境中進行自我重塑，爲設計高精度合成神經肌肉控制系統提供了可能。這些擁有自身神經網絡的生命系統的誕生，標誌着生物工程領域的一個轉折點。（作者聖地亞哥·坎皮略·布羅卡爾，羅雲譯）