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Nature Communications
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这让他们意识到也许在这个微小的器件中，隐藏着一种人们尚未充分理解的“动态复杂性”。
但是新的问题来了：这种复杂的行为到底能做什么？研究团队开始四处寻找答案。直到有一天，他们重新审视了生物神经元的工作原理。那一刻，就像打开了一扇门。
人类的大脑能思考、感知和做决定，依靠的是神经元之间的“电信号”传递。这种电信号的本质，是 Na⁺（钠）和 K⁺（钾）离子通过细胞膜的进出。
就像一场井然有序的表演，当神经元受到刺激时：
1. 在外界信号的刺激下，
钠离子通道首先快速打开，Na⁺ 快速流入，让膜电位“突升”——就像“吸气”。
2. 紧接着钠离子通道关闭，钾离子通道打开，K⁺ 流出，帮助恢复平衡——就像“呼气”。
3. 恢复至静息电位后钾离子通道逐渐关闭，并在外界的持续刺激下开启下一个“吸气-呼气”循环。
总而言之，在一个循环中要先打开 Na⁺ 离子通道，而 K⁺ 通道需要延迟打开，即先“吸气”，再“呼气”。然后这个循环在外界刺激的激发下重复持续进行。
正是这种不对称、延迟、如呼吸般有节奏的离子流动，使得神经系统能够精确地产生“脉冲”信号，也就是研究团队所谓的“action potentials”，这也是大脑语言的“基本词汇”。
纪君朋告诉 DeepTech：“这不正像我们手中的晶体管吗？我们忽然意识到：或许无需复杂电路去模拟神经元，如果能像生物一样直接让离子材料和器件自己承担这些‘时机’和‘开关’的角色，就可能将整个神经元浓缩进一个器件中。”
研究团队发现，当使用 BBL 作为 OECT 的沟道材料时，施加适当的电流刺激会导致沟道呈现出延迟打开、随后在电压恢复到静息状态时自动关闭的特性，这种行为高度类似于生物神经元中 K⁺ 离子通道的延迟响应机制。同时，OECT 本身的本征电容能够模拟生物神经元中 Na⁺ 离子通道的快速激活效应，在外部刺激下迅速提升膜电位。当这种刺激持续存在时，器件便能连续产生类似神经元“呼吸”的尖峰电信号。因此，研究团队巧妙借鉴生物神经元的原理，在单个 OECT 器件中成功再现了离子通道协同作用下的尖峰脉冲生成过程。
就这样，他们从自然中汲取灵感，反向设计了一个全新的人工神经元结构，以生物神经元的离子通道为“蓝图”，将材料特性和电路连接方式结合，最终只用一个晶体管，就成功复现了神经元的多种核心功能。
图 | 模仿生物神经元离子通道，使用一个 OECT 实现连续动作电位的产生（来源：
Nature Communications
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他们相信这不仅仅是器件结构的简化，更是对自然机制理解的深化，是一次“材料-生物-电子”三者之间的一次对话。
向自然学习：电子设备还原神经元的智慧
由于研究团队的单晶体管电化学人工神经元（1T-OECN）具有与生物神经元相似的实现原理，它也理所应当可以实现类似生物神经元的强大功能。
图 | 1T-OECN 实现复杂神经特性及逻辑运算（来源：
Nature Communications
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其一，他们系统地对比了 1T-OECN 和真实神经元的行为，发现其能再现 17 种经典神经发放模式，包括 Tonic spiking、Phasic spiking、Bursting、Spike frequency adaptation、Chaotic spiking 等。这意味着这个器件能够模拟大脑中不同类型神经元的丰富“表达方式”。
其二，该器件在“尖峰”行为的基础上还可执行布尔逻辑运算：能够实现 AND、OR、XOR、NAND、NOR、XNOR 六种基本逻辑门功能，为未来“像神经元一样运算”的逻辑芯片奠定了基础。
其三，他们进一步将这个神经元器件与压力传感器结合，展示它能够接收机械压力信号并将其转化为神经形态的尖峰电信号。此外，其还可根据受力大小改变输出尖峰信号的频率。这个过程与生物皮肤实现的功能高度相似，模拟了生物神经系统中感受器–神经元的联动反应，是构建生物融合传感系统的重要一步。
