Po raz pierwszy naukowcy tworzą sztuczny neuron zdolny do dialogu z ludzkim mózgiem

W laboratorium w Massachusetts powstała nowa klasa sztucznych neuronów, które zachowują się zaskakująco podobnie do komórek nerwowych w naszym mózgu.

Badacze z Uniwersytetu Massachusetts opisali urządzenie, które nie tylko imituje sposób pracy biologicznego neuronu, lecz także potrafi bezpośrednio z nim rozmawiać. Ten pozornie techniczny szczegół może w dłuższej perspektywie zmienić podejście do leczenia chorób neurodegeneracyjnych, projektowania implantów mózgowych i zupełnie nowego typu elektroniki inspirowanej mózgiem.

Dlaczego neurony są tak kluczowe

Ludzki mózg to gęsta sieć około 100 miliardów neuronów. Każdy z nich przypomina miniaturową centralę komunikacyjną: ma ciało komórkowe, rozgałęzione dendryty odbierające sygnały oraz długi akson wysyłający impulsy elektryczne dalej.

Informacja dociera do dendrytów jako sygnał chemiczny, zostaje przeliczona w ciele komórki, a następnie opuszcza neuron w formie impulsu elektrycznego wzdłuż aksonu. Zestaw takich mikrodecyzji, powtarzanych biliony razy na sekundę, buduje pamięć, ruch, emocje i świadomość.

Gdy część tych komórek zaczyna umierać lub działać wadliwie, skutki dotykają całego organizmu. Pojawiają się drżenia i spowolnienie ruchowe jak w chorobie Parkinsona, zaniki pamięci kojarzone z chorobą Alzheimera, zaburzenia czucia czy trudności z mową.

Neurony, które nie odrastają

Przy uszkodzeniu skóry czy wątroby organizm potrafi odbudować część komórek. Neurony są pod tym względem wyjątkowo nieufne. Po zniszczeniu w większości obszarów mózgu nie regenerują się spontanicznie. Ubytek komórek nerwowych pozostaje trwały, a organizm musi radzić sobie, wykorzystując to, co zostało.

Utrata neuronów działa jak utrata węzłów w gigantycznej sieci kabli: sygnały znajdują objazdy, ale część połączeń znika bezpowrotnie.

Z tego powodu naukowcy od lat próbują stworzyć narzędzia, które mogłyby przejąć część funkcji uszkodzonych obszarów mózgu. Jednym z najbardziej ambitnych kierunków jest tak zwana integracja neuromorficzna.

Czym jest integracja neuromorficzna

Integracja neuromorficzna to obszar badań na styku informatyki, elektroniki i neurobiologii. Jej celem jest budowanie urządzeń i układów scalonych, które nie tylko przypominają struktury mózgu, ale działają według podobnych reguł, co neurony i synapsy.

Zamiast klasycznych tranzystorów, które przełączają się między stanem „0” i „1”, inżynierowie konstruują elementy o bardziej płynnym zachowaniu, zdolne do uczenia się, adaptacji i przetwarzania sygnałów analogowych w czasie rzeczywistym.

• Projektowanie procesorów inspirowanych sieciami neuronowymi
• Tworzenie sztucznych synaps, które wzmacniają się lub słabną jak w pamięci biologicznej
• Budowa implantów komunikujących się z mózgiem przy użyciu podobnych napięć i impulsów
• Łączenie systemów biologicznych z elektronicznymi bez uszkadzania komórek

Dotychczasowe próby miały jeden zasadniczy problem: sztuczne neurony teoretycznie działały, lecz w praktyce okazywały się zbyt głośne, zbyt energochłonne i mało kompatybilne z delikatnymi komórkami mózgowymi.

Przełom z Massachusetts: neuron, który mówi „po ludzku”

29 września 2025 r. w czasopiśmie Nature Communications ukazała się praca zespołu z Uniwersytetu Massachusetts, która opisuje nowe urządzenie neuromorficzne. Badacze twierdzą, że po raz pierwszy uzyskali sztuczny neuron potrafiący komunikować się z biologicznym w sposób bardzo zbliżony do naturalnego.

Sztuczny neuron wykorzystuje to samo rzędu napięcie co neurony w naszym organizmie – około 0,1 wolta – i działa przy stukrotnie mniejszym zużyciu mocy niż wcześniejsze konstrukcje.

To kluczowe, bo wcześniejsze rozwiązania wymagały nawet dziesięciokrotnie wyższego napięcia. Dla silikonowego układu to niewielka różnica, ale dla żywej tkanki oznacza to ryzyko zakłóceń, przegrzania i uszkodzeń. Zbyt silny sygnał przestaje przypominać naturalną rozmowę między neuronami, a zaczyna dominować otoczenie jak krzyk w cichej sali.

Rola nanowłókien białkowych

Serce nowego neuronu stanowią nanowłókna białkowe. To niezwykle cienkie przewodzące „nitki”, które bakterie wytwarzają, aby przyczepiać się do powierzchni lub wymieniać elektrony z otoczeniem. Naukowcy wykorzystali je jako materiał przewodzący w sztucznym neuronie.

Takie nanowłókna mają kilka cech, które odróżniają je od klasycznych metalowych przewodów:

Nowy neuron działa stabilnie w wilgotnym środowisku, podobnym do tego, które panuje w mózgu. Dzięki temu może pracować bezpośrednio w pobliżu komórek nerwowych, a nie tylko w suchych, izolowanych układach laboratoryjnych.

Cichy dialog z neuronem biologicznym

Najważniejszy efekt, który podkreślają badacze, dotyczy jakości komunikacji. Sztuczny neuron nie tylko wysyła impulsy przy niskim napięciu. Odpowiada też na sygnały z prawdziwego neuronu w sposób przypominający naturalną wymianę informacji.

Nowe urządzenie zachowuje się jak uprzejmy rozmówca: włącza się w dyskusję między neuronami, nie zagłuszając ich i nie dominując rozmowy.

To otwiera drogę do układów, w których elektronika nie tylko „dyktuje” sygnały mózgowi, lecz także reaguje na jego aktywność. Dzięki temu implant mógłby dynamicznie dostosowywać bodźce, wzmacniać określone ścieżki lub przejmować rolę uszkodzonych komórek, nie burząc całej sieci.

Dlaczego wcześniejsze próby zawodziły

Dotychczas sztuczne neurony działały jak megafon podłączony do subtelnej orkiestry. Wysokie napięcia, duże zużycie energii i różnice materiałowe sprawiały, że takie układy trudno było umieścić w bezpośrednim kontakcie z żywymi neuronami.

Każdy błąd oznaczał ryzyko przegrzania lokalnej tkanki, zaburzenia sygnałów i reakcji zapalnych. Dlatego wiele projektów kończyło się na etapie symulacji lub eksperymentów w suchym środowisku, daleko od realnych warunków panujących w mózgu.

Co może przynieść ta technologia

Na razie mowa o wczesnym etapie badań, ale kierunek jest jasno zarysowany. Sztuczne neurony zdolne do rozsądnego dialogu z mózgiem mogą mieć kilka praktycznych zastosowań.

Nowa generacja implantów neurologicznych

Układy neuromorficzne mogłyby działać jak brakujące ogniwa w uszkodzonych sieciach nerwowych. W hipotetycznym scenariuszu lekarze wszczepiają grupę sztucznych neuronów w miejsce, gdzie choroba zniszczyła część tkanki. Te neurony tworzą most między ocalałymi obszarami i przejmują transmisję impulsów.

W chorobie Parkinsona taki implant mógłby precyzyjniej regulować sygnały ruchowe niż obecna głęboka stymulacja mózgu. W zaburzeniach pamięci – wspierać połączenia odpowiedzialne za konsolidację śladów pamięciowych.

Elektronika myśląca jak mózg

Poza medycyną neuromorficzne neurony otwierają drogę do urządzeń, które przetwarzają informacje nie tak jak tradycyjny komputer, lecz bardziej jak ludzki układ nerwowy. Zamiast szybkiego liczenia wielkich liczb najważniejsza staje się umiejętność:

• przetwarzania sygnałów sensorów w czasie rzeczywistym,
• działania przy bardzo niskim zużyciu energii,
• adaptacji do zmieniających się warunków,
• rozwijania prostych form uczenia się na poziomie sprzętowym.

Tego typu rozwiązania mogłyby zasilać inteligentne protezy, autonomiczne roboty czy systemy monitorujące stan zdrowia, które reagują na sygnały z ciała bez konieczności stałego połączenia z dużym komputerem.

Ryzyka, pytania i granice tej technologii

Nowe podejście budzi też pytania. Sztuczne neurony, które zachowują się podobnie do biologicznych, ingerują w najbardziej wrażliwy obszar organizmu – mózg i układ nerwowy. Potrzebne będą lata testów, zanim ktoś odważy się wszczepić takie urządzenia ludziom.

Trzeba sprawdzić, jak długo nanowłókna białkowe zachowują stabilność w organizmie, czy nie wywołują reakcji immunologicznych, a także jak sieć sztucznych i biologicznych neuronów reaguje na nieprzewidziane zakłócenia. Niewielka zmiana może w takiej sieci wzmocnić nie tylko pożądane połączenia, ale też te odpowiedzialne za ból czy lęk.

Warto też zrozumieć różnicę między tym neuronen a popularnymi „neuronami” znanymi z sieci neuronowych w sztucznej inteligencji. W informatyce neuron to równanie matematyczne. W tym projekcie neuron to fizyczne urządzenie, które przewodzi prąd i oddziałuje na żywe komórki.

Jeśli taką technologię uda się dopracować, może połączyć oba światy: modele AI działające w oparciu o sprzęt, który zachowuje się podobnie do tkanek nerwowych. Taki układ mógłby uczyć się bezpośrednio z sygnałów mózgowych, modyfikując własne właściwości elektryczne, a nie tylko parametry w pamięci komputera.

W najbliższych latach kolejne eksperymenty pokażą, czy nowy sztuczny neuron sprawdzi się poza kontrolowanym laboratorium. Wstępne wyniki wskazują, że badacze znaleźli sposób, by elektronika zaczęła mówić do mózgu jego własnym językiem – cicho, oszczędnie i wystarczająco subtelnie, by nie zniszczyć delikatnej równowagi nerwowej sieci.