Investigadores de la Universidad de Lund en Suecia han desarrollado y probado una
nueva soluci贸n para procesar y almacenar grandes cantidades de datos que se esperan de futuras interfaces implantables de neurocomputadoras. El sistema recibir谩 simult谩neamente datos de m谩s de 1 mill贸n de neuronas en tiempo real. Despu茅s de la conversi贸n de datos, se enviar谩n para su procesamiento y almacenamiento en computadoras comunes. El sistema proporcionar谩 retroalimentaci贸n con una velocidad de hasta 25 milisegundos, estimulando hasta 100 mil neuronas.
La nueva tecnolog铆a se puede utilizar para controlar el cerebro de pacientes paralizados, incluido el seguimiento de los signos de epilepsia, y para la retroalimentaci贸n en tiempo real para controlar las manos rob贸ticas en pacientes paralizados.
Hoy en d铆a, los avances t茅cnicos y neurobiol贸gicos en el campo de las interfaces cerebro-computadora imponen requisitos crecientes en las bases de datos y el software para su procesamiento, especialmente cuando se trata de trabajar con datos en tiempo real recibidos de una gran cantidad de neuronas. Para hacer frente a este problema, los cient铆ficos han creado una arquitectura de software escalable para el registro paralelo y el procesamiento de datos utilizando computadoras est谩ndar. La arquitectura ha demostrado la capacidad de gestionar informaci贸n en tiempo real y proporcionar una respuesta receptiva con una velocidad de menos de 25 milisegundos. Los investigadores est谩n seguros de que sus desarrollos ser谩n adecuados para trabajar con interfaces de neurocomputadoras existentes y futuras.
"Una ventaja significativa de la arquitectura y el formato de datos es que la informaci贸n no requiere traducci贸n posterior, ya que las se帽ales cerebrales se traducen directamente en c贸digo", dijeron los investigadores. Gracias a este enfoque, una computadora ordinaria puede trabajar con datos y la velocidad de procesamiento es muy alta.
La herramienta de monitoreo en tiempo real para grandes 谩reas del cerebro se puede utilizar para investigaci贸n, diagn贸stico y tratamiento. Deber铆a ser especialmente efectivo para futuras interfaces de neurocomputadoras implantables con retroalimentaci贸n, lo que ayudar谩 a monitorear grandes 谩reas en el cerebro de pacientes paralizados, rastrear los signos nacientes de epilepsia y tambi茅n controlar brazos rob贸ticos paralizados.
El sistema est谩 dise帽ado para registrar se帽ales neuronales de electrodos implantados. A continuaci贸n se muestra un ejemplo de dicho dispositivo, un electrodo biocompatible el谩stico
desarrollado por cient铆ficos de la Universidad de Linkoping (Suecia), que tiene una red de 32 contactos met谩licos abiertos que, despu茅s de la implantaci贸n, entran en contacto con el tejido cerebral.
A continuaci贸n se muestra un diagrama del sistema. El reloj principal (a) est谩 sincronizado con los dispositivos receptores (b), que organizan la
clasificaci贸n de los picos : registrar y clasificar la actividad el茅ctrica de las neuronas recibidas del sujeto (representadas como la boca de un rat贸n) (e), as铆 como la compresi贸n de datos. La informaci贸n se codifica en una cuadr铆cula de datos de intervalo de tiempo. En formato HDF5, esta cuadr铆cula se env铆a para almacenamiento (d y f). Los dos 煤ltimos puntos son solo planeados.
Las soluciones existentes para registrar la actividad cerebral est谩n limitadas de 512 a 1024 canales, lo que dificulta procesarlas y almacenarlas en computadoras personales. El n煤mero m谩ximo de canales por tema fue de 1792, el indicador seguir谩 creciendo. DARPA est谩 trabajando en esta direcci贸n: en 2016, la agencia
lanz贸 un programa para desarrollar interfaces neuronales implantables para obtener "una resoluci贸n de se帽al y un ancho de banda sin precedentes para transmitir informaci贸n entre el cerebro humano y los sistemas electr贸nicos". La interfaz debe actuar como un "traductor" entre la electroqu铆mica de las neuronas y el c贸digo disponible para su procesamiento por computadoras. Como parte del programa Neural Engineering System Design (NESD, "Dise帽o de sistemas de neuroingenier铆a"), la agencia espera la modernizaci贸n de los instrumentos, incluso para compensar la visi贸n y la audici贸n de los pacientes: por ejemplo, la informaci贸n visual deber谩 transmitirse digitalmente al cerebro.
El siguiente paso fue la conclusi贸n por parte de DARPA en 2017 de
contratos para la creaci贸n de implantes cerebrales de alta resoluci贸n con cinco organizaciones de investigaci贸n y una empresa comercial. Cada uno de los canales combina informaci贸n de decenas de miles de neuronas, lo que da una imagen borrosa y ruidosa con una resoluci贸n baja. El programa NESD est谩 dise帽ado para superar esta barrera.