Як записати 1 мільйон нейронів у реальному часі
Новий інноваційний метод може дозволити вченим перекладати інформацію, що надходить від більш ніж 1 мільйона нейронів одночасно, а також декодувати діяльність, як це відбувається.
За останні кілька десятиліть кількість даних, що отримуються у повсякденному житті, зросла.
Наприклад, коли ви йдете вулицею, ваш мобільний телефон буде збирати інформацію про те, скільки кроків ви зробили.
Коли ви купуєте щось у магазині за допомогою вашої картки, банк знає, що ви купили, скільки це було і де ви були.
Так само магазин знає, чи купували ви там щось подібне раніше.
Дані можна збирати ефективніше, ніж будь-коли, але завдання зараз полягає в тому, щоб зрозуміти, що ми повинні робити з ними (якщо щось). Ми маємо цифри - але чи вони нам корисні?
Гігантський стрибок для неврології
Подібна ситуація і в галузі неврології, оскільки були зроблені величезні кроки у напрямку збору величезної кількості даних з мозку. Тепер вчені можуть слухати та спілкуватися з великою кількістю клітин мозку одночасно.
Хоча цей прогрес виявився корисним у діагностиці, лікуванні та дослідженнях, увесь його потенціал ще не реалізований. Швидкість обробки даних після їх збору все ще залишається значним каменем спотикання.
Обробка даних швидко стає вузьким місцем для досягнень в інших сферах неврології. Наприклад, якби дані з мозку можна було збирати і розуміти в режимі реального часу, можна було б зробити величезні стрибки в контролі над роботами-озброєннями паралізованих людей або навіть у допомозі передбачити неминучі епілептичні напади.
Для досягнення цих цілей необхідно дуже швидко проаналізувати та обчислити величезні океани даних.
Над цією проблемою працювали дослідники Нейронано-дослідницького центру при університеті Лунда у Швеції. Вони придумали метод, який може в реальному часі спілкуватися з мільйонами нервових клітин.
Їхні висновки нещодавно були опубліковані в журналі Нейроінформатика.
Їхня система не тільки могла слухати балакання клітин мозку, але й могла перевести його у значущий результат майже миттєво - протягом 25 мілісекунд. Секрет цієї нової можливості полягає в конкретному форматі даних, який називається ієрархічним форматом даних, і в процесі, відомому як кодування бітів.
«Перекодування сигналів нервових клітин безпосередньо в біт-код різко збільшує ємність зберігання. Однак найбільший виграш полягає в тому, що метод дозволяє нам зберігати інформацію таким чином, що робить її безпосередньо доступною для процесорів комп'ютерів ".
Йенс Шуенборг, професор нейрофізіології Дослідницького центру Нейронано
Майбутнє неврології
Мартін Гарвіч, який також є професором нейрофізіології в Дослідницькому центрі Нейронано, пояснює, як їх метод випереджає інші втручання (наприклад, електроенцефалограму, де електроди розміщують на шкірі голови).
“Уявіть, що ви хочете почути, про що говорять 10 людей у сусідній кімнаті. Якщо ви слухаєте, приклавши вухо до стіни, ви просто почуєте бурчання, але якщо ви покладете мікрофон на кожну людину в кімнаті, це перетворює вашу здатність розуміти розмову », - говорить він.
"А потім, - додає Гарвіч, - подумайте про те, щоб мати змогу вислухати мільйон людей, знайти закономірності в тому, що повідомляється, і негайно відповісти на це - ось що робить можливим наш новий метод".
Ця нова методологія забезпечує двосторонній трафік: повідомлення з нервових клітин можуть бути зібрані та відповіді надіслані назад. Технологія спирається на спосіб перетворення трафіку в біт-код.
«Значною перевагою цієї архітектури та формату даних є те, що він не потребує подальшого перекладу, оскільки сигнали мозку перекладаються безпосередньо в біт-код. Це означає значну перевагу у будь-якому спілкуванні мозку з комп’ютерами, не в останню чергу щодо клінічного застосування ».
Провідний автор дослідження Бенгт Люнгквіст
У майбутньому ця модель може допомогти нейронаукам досягти величезних успіхів. Незважаючи на те, що інтерфейси мозок-машина та інтерфейси мозок-комп'ютер значно покращилися за останні роки, вони часто блокують процес обробки даних.
Якщо система біт-кодів успішна, цей блок може бути зміщений з їх шляху.
