“水凝胶大脑”学会了打乒乓球
2024年8月22日
在今天（8月22日）发表的一项NBA投注[手机]俱乐部研究中细胞报告物理科学在美国，由Yoshikatsu Hayashi博士领导的一个团队展示了一种简单的水凝胶——一种柔软、有弹性的材料——可以学会玩上世纪70年代的简单电脑游戏“Pong”。通过定制的多电极阵列，水凝胶与经典游戏的计算机模拟界面，随着时间的推移，性能有所提高。
林博士是雷丁大学生物科学学院的生物医学工程师，他说：“我们的NBA投注[手机]俱乐部研究表明，即使是非常简单的材料也能表现出复杂的适应性行为，这些行为通常与生命系统或复杂的人工智能有关。”
“这为开发能够学习和适应环境的新型‘智能’材料开辟了令人兴奋的可能性。”
这种突发的学习行为被认为是由于水凝胶中带电粒子在电刺激下的运动，在材料本身中产生了一种“记忆”形式。
“离子水凝胶可以实现与更复杂的神经网络相同的记忆机制，”第一作者、雷丁大学的机器人工程师文森特·斯特朗说。“我们证明了水凝胶不仅能够玩Pong，而且随着时间的推移，它们实际上会变得更好。”
NBA投注[手机]俱乐部研究人员的灵感来自于之前的一项NBA投注[手机]俱乐部研究，该NBA投注[手机]俱乐部研究表明，如果在某种程度上对培养皿中的脑细胞进行电刺激，并对它们的表现给予反馈，它们就能学会玩乒乓。
该NBA投注[手机]俱乐部研究的通讯作者Hayashi博士说：“我们的论文解决了一个问题，即简单的人工系统是否可以计算出类似于让我们的大脑控制我们身体的反馈回路的闭环。”
“神经元和水凝胶的基本原理是，离子迁移和分布可以作为一种记忆功能，与Pong世界中的感觉-运动回路相关。在神经元中，离子在细胞内流动。在凝胶中，它们跑到外面。”
由于大多数现有的人工智能算法都来自神经网络，NBA投注[手机]俱乐部研究人员表示，水凝胶代表了一种不同的“智能”，可以用来开发新的、更简单的算法。未来，NBA投注[手机]俱乐部研究人员计划通过检查其记忆背后的机制和测试其执行其他任务的能力来进一步探索水凝胶的“记忆”。
跳动凝胶模拟心脏组织
最近发表在《科学》杂志上的一项相关NBA投注[手机]俱乐部研究美国国家科学院院刊在美国，Hayashi博士的团队与雷丁大学的同事王作伟博士和南迪尼·瓦苏德万博士一起，演示了一种不同的水凝胶材料是如何通过外部起搏器来控制节奏的。这是第一次使用活细胞以外的材料实现这一目标。
NBA投注[手机]俱乐部研究人员演示了水凝胶材料如何在化学和机械上振荡，就像心肌细胞一致收缩的方式一样。它们为这些动态行为提供了理论解释。
NBA投注[手机]俱乐部研究人员发现，通过对凝胶进行循环压缩，他们可以使其化学振荡与机械节奏同步。即使在机械起搏器停止后，凝胶仍保留着这种被带走的心跳的记忆。
Hayashi博士说：“这是朝着开发心肌模型迈出的重要一步，有朝一日可能用于NBA投注[手机]俱乐部研究人类心脏中机械和化学信号的相互作用。”“这为用这些化学动力凝胶模型取代心脏NBA投注[手机]俱乐部研究中的一些动物实验开辟了令人兴奋的可能性。”
该NBA投注[手机]俱乐部研究的主要作者Tunde Geher-Herczegh博士说，这些发现可以为NBA投注[手机]俱乐部研究心律失常提供新的方法，心律失常是一种心脏跳动过快、过慢或不规则的情况，在英国有200多万人受到这种疾病的影响。
她说：“不规则的心跳可以通过药物或电子起搏器来控制，但心脏生物细胞的复杂性使得NBA投注[手机]俱乐部研究其潜在的机械系统变得困难，而不受心脏化学和电子系统的影响。”
“我们的发现可能会导致心律失常的新发现和潜在的治疗方法，并将有助于我们理解如何使用人造材料代替动物和生物组织，用于未来的NBA投注[手机]俱乐部研究和治疗。”
影响及未来方向
这些NBA投注[手机]俱乐部研究结合了神经科学、物理学、材料科学和心脏NBA投注[手机]俱乐部研究的概念，表明生命系统中学习和适应的基本原理可能比以前认为的更为普遍。
NBA投注[手机]俱乐部研究小组认为，他们的发现可能对软机器人、假肢、环境传感和自适应材料等领域产生深远影响。未来的工作将集中在开发更复杂的行为和探索潜在的现实世界应用，包括开发替代实验室模型，以推进心脏NBA投注[手机]俱乐部研究和减少医学NBA投注[手机]俱乐部研究中动物的使用。
“电活性聚合物水凝胶在模拟游戏环境中表现出紧急记忆”，由Strong， Holderbaum和Hayashi撰写，2024年8月22日，《细胞报告物理科学》。DOI: 10.1016 / j.xcrp.2024.102151