近年来，生物工程领域在人工神经系统的开发方面取得了显著进展，这些系统有望彻底改变生物交互假肢。这些创新系统旨在模拟生物神经的功能，为患有神经缺陷或神经紊乱的人群带来了新的可能性。随着全球人口老龄化，对有效的假肢解决方案的需求激增，使得人工神经技术的重要性日益凸显。传统的假肢设备主要基于常规的半导体技术，在很大程度上侧重于恢复生理功能，却没有充分考虑神经兼容性。这一疏忽导致人们迫切需要更集成化的解决方案，以应对生物信号处理的复杂性。
现有假肢系统的主要局限性在于它们依赖传统的数字计算架构，这种架构优先考虑电子功能，而非生物交互。这些系统往往无法充分模拟人类神经信号的动态特性，从而导致用户体验欠佳。随着假肢变得越来越复杂，其设计必须与人类神经生理学的精妙之处相契合，以确保用户与周围环境之间能够进行流畅的交互。这代表着一种根本性的方法转变——从仅仅替代失去的功能，转向确保假肢技术能够以有意义的方式与用户现有的神经框架相融合。
人工神经系统（Artificial nerve systems）的出现为这一根本性挑战提供了解决方案。通过利用旨在复制生物神经的放电模式和信号机制的神经形态器件，人工神经能够有效弥合受损的生理系统与假肢技术之间的差距。这些神经形态器件以更接近自然神经信号的方式处理信息，从而使神经系统与假肢之间能够实现更好的通信。这种身体内部功能连接的重建，为改善有运动和感觉缺陷人群的生活质量铺平了道路。
人工神经模拟生物神经的特性，无需使用外部互补金属氧化物半导体（CMOS）计算，即可为神经信号建立硬件实现的神经形态旁路。@nature
人工神经系统的优势
在假肢中采用人工神经系统的一大主要优势是其高效的处理能力。与通常消耗大量能量的传统系统不同，人工神经注重高效运行，从而延长了使用时间，减少了充电次数。对于那些在日常活动中严重依赖假肢设备的用户来说，这一特性尤为有利。降低功耗也与人们对电池供电设备产生的电子废弃物对环境影响的日益担忧相契合，这使得人工神经不仅是一种实用的解决方案，也是一种可持续的方案。
人工神经与生物组织无缝整合的能力进一步增强了其吸引力。传统假肢常因材料不相容而导致不适或排斥问题，而人工神经系统则可以采用能促进身体产生更自然反应的材料进行设计。这种兼容性对于确保用户在使用假肢时疼痛更少、功能更好至关重要。这些系统所创建的有机界面能够实现更直观的交互，从而极大地提高假肢设备的接受度和可用性。
除了改善用户界面和舒适度外，人工神经系统的引入还能够恢复高级感官反馈，这是传统假肢一直难以攻克的领域。通过整合触觉、温度和压力等感官模式，用户可以获得实时反馈，使其与环境的交互更具沉浸感和人性化。这种增强的感官意识有助于形成更全面的康复方法，因为它鼓励用户进行适应性练习，进而在日常生活中实现更大程度的独立，并取得更好的康复效果。
此外，人工神经系统的应用范围不仅限于假肢领域，还可能涉及神经假肢、脑机接口甚至再生医学等领域。这些设备可能为治疗神经系统疾病提供新的途径，帮助脊髓损伤或创伤性脑损伤患者恢复失去的功能。人工神经技术的多功能性有望重塑治疗实践，提供能改善患者预后的创新解决方案。
要充分发挥人工神经系统的变革潜力，该领域的进一步研究和开发至关重要。当前的技术能力与打造能完美模拟人类神经功能精妙之处的假肢设备这一最终目标之间，仍存在巨大差距。因此，工程师、神经科学家和临床从业者之间的合作努力，对于推进人工神经背后的科学发展、确保其满足用户的多样化需求而言，将至关重要。
总之，将人工神经系统整合到生物交互假肢领域，是一项旨在改善神经损伤人群生活的关键技术进步。通过注重神经兼容性并模拟生物神经的自然过程，人工神经为开发更有效、更人性化的假肢设备提供了创新途径。这一技术的发展不仅有可能改变康复领域，还有可能改变社会对残疾以及假肢解决方案能力的认知。我们正处于一个新时代的边缘，在这个时代，人机交互的可能性可能会呈指数级增长，以前所未有的方式改善生活质量并赋予用户能力。
标题：Artificial nerve systems for use in bio-interactive prostheses（用于生物交互假肢的人工神经系统）
期刊：Nature Reviews Electrical Engineering
DOI：https://doi.org/10.1038/s44287-025-00197-z
