人工ニューロンが生体脳細胞と通信する技術(Printed neurons communicate with living brain cells)

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2026-04-15 ノースウェスタン大学

米国のNorthwestern Universityの研究チームは、3Dプリント技術を用いて作製した人工ニューロンが生体の脳細胞と通信可能であることを実証した。研究では、導電性材料と生体適合性インクを組み合わせて微細な神経構造を再現し、実際の神経細胞と電気信号をやり取りできることを確認した。この人工ニューロンは、神経回路の機能を模倣しつつ、生体組織と統合できる点が特徴である。将来的には、神経損傷の修復や脳機能の補助、ブレイン・マシン・インターフェースの高度化などへの応用が期待される。本成果は、神経工学とバイオプリンティングの融合による新たな医療技術の可能性を示すものである。

<関連情報>

多次複雑性を持つスパイクニューロンのための印刷されたMoS₂メモリスティブナノシートネットワーク Printed MoS2 memristive nanosheet networks for spiking neurons with multi-order complexity

Shreyash S. Hadke,Carol N. Klingler,Spencer T. Brown,Meghana Holla,Xudong Zhuang,Linda Li,M. Iqbal Bakti Utama,Santiago Diaz-Arauzo,Anurag Chapagain,Siyang Li,Jung Hun Lee,Indira M. Raman,Vinod K. Sangwan & Mark C. Hersam
Nature Nanotechnology  Published:15 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41565-026-02149-6

人工ニューロンが生体脳細胞と通信する技術(Printed neurons communicate with living brain cells)

Abstract

Artificial neurons that reproduce the rich dynamical behaviour of biological spiking are essential for neuromorphic hardware and biohybrid interfaces, yet scalable solution-processed devices with physiologically relevant spiking characteristics remain elusive. Here we demonstrate aerosol-jet-printed memristive networks of MoS2 nanosheets that exhibit thermally activated filamentary switching and snap-back negative differential resistance, enabling volatile threshold switching in fully printed graphene/MoS2/graphene devices on flexible substrates. In situ thermal imaging and circuit modelling reveal that current-constricted filaments formed through Joule heating govern the nonlinear switching dynamics. These printed memristors enable oscillatory and spiking neuron circuits with tunable frequencies up to 20 kHz and stable operation over more than 106 cycles. Simple neuristor circuits realize first-, second- and third-order spiking complexity, including integrate-and-fire behaviour, spike latency, tonic firing, class 1 excitability, tonic bursting and phasic dynamics. The generated spike waveforms match physiological timescales and stimulate Purkinje neurons in mouse cerebellar slices. Our results establish printed nanosheet memristive networks as a scalable platform for bio-realistic neuromorphic hardware and flexible brain–machine interfaces.

細胞遺伝子工学
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