“青蛙机器人”诞生，助力未来医疗？

西班牙《非常有趣》杂志4月5日文章，原题：他们创造出了首批植入神经细胞的“生物机器人”，这些机器人能够自主制造大脑当机器人学和生物学之间的界限模糊到几乎消失时会发生什么？会诞生像小说《弗兰肯斯坦》中那样的人造怪物吗？生命系统工程领域的一项最新研究将青蛙细胞融入机器人的身体，从而创造出拥有自身神经控制系统的“生物机器人”。

细胞可塑性惊人
近日，在一篇发表在德国《先进科学》期刊上的论文中，美国塔夫茨大学和哈佛大学的研究人员利用神经前体细胞（一类具有自我更新能力和多向分化潜能的未成熟细胞，可分化形成神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞）开发出了首批自主生物机器人。这项研究不仅挑战了我们对机器人的理解，还揭示了细胞可塑性：神经元细胞能够在自然生物体外环境进行生长发育并构建逻辑网络。

这些生物机器人的构建基础是非洲爪蟾的表皮组织。在正常情况下，这些细胞会构成动物的皮肤，提供保护屏障。然而，科学家利用合成形态学技术，将这些细胞从其原始环境中提取出来，并将它们重新组合，以一种全新的物理形态协同运作，变成了“生物机器人”。这项实验与以往实验的根本区别在于，它添加了“智能片段”：神经元的前体细胞。当这些神经细胞被引入生物机器人体内时，会发生一种宛如科幻小说般的自组装过程。植入的神经元会逐渐成熟，并延伸出轴突和树突，在人工设计的机器人体内形成功能性突触。细胞自行探索新的环境，寻找邻近细胞，并建立起电信号网络，而非由工程师在显微镜下逐一进行连接。

神经网络并非装饰
为了解机器人分子层面的运作机制，研究人员采用一种名为RNA测序的技术。该技术能够让他们观察到生物机器人细胞内哪些基因在何种特定时间处于“开启”或活跃状态。研究结果带来了一个技术上的意外发现，迫使我们重新思考合成生物学中对感知的理解。

研究结果揭示了这些生物体感知特性的一个意想不到的事实。尽管缺乏眼睛或头部结构，这些生物机器人仍能自发激活与视觉感知相关的基因。这一现象表明，神经元保留着某种关于其谱系的记忆，或者说，当它们发现自己处于新的身体结构中时，会尝试激活感觉通路来解读周围环境。这表明，即使缺乏传统的感官器官，生命也会不断探索感知世界的新方式。为了证实这个神经网络不仅仅是结构上的“装饰品”，哈佛大学和塔夫茨大学的研究团队采用了钙成像技术。这种可视化技术使科学家能够实时观察细胞间电信号的触发时间和方式。通过添加对钙离子流动有反应的荧光指示剂，科学家们得以观察到这些神经机器人之间的电信号“交流”。

可能合成肌肉控制系统
高分辨率显微镜证实了运行逻辑网络的存在。钙成像证实了同步电活动脉冲的存在，这些脉冲协调着生物机器人的行为。当外界刺激产生时，神经网络中的电脉冲会让生物机器人作出相应反应，使它们能够与周围环境互动。这种“基础智能”使得生物机器人能够以不同于没有神经系统的简单生物机器人的方式进行运动。

‍这些机器人并非实验室里的“弗兰肯斯坦”，而是对生命极限的探索。通过为生物机器人配备神经系统，研究人员正在为新一代医疗技术奠定基础。未来，类似的系统有望被设计成能够自主导航人体、识别组织损伤，并利用自身的生物处理能力协调复杂的修复过程。了解神经元如何在人工环境中进行自我重塑，为设计高精度合成神经肌肉控制系统提供了可能。这些拥有自身神经网络的生命系统的诞生，标志着生物工程领域的一个转折点。（作者圣地亚哥·坎皮略·布罗卡尔，罗云译）