科学家将实时记录100万个神经元的数据

瑞典隆德大学的研究人员开发并测试了一种新的解决方案,用于处理和存储未来植入式神经计算机接口所期望的大量数据。 该系统将同时实时接收来自超过一百万个神经元的数据。 数据转换后,它们将被发送以在普通计算机上进行处理和存储。 该系统将以高达25毫秒的速度提供反馈,从而刺激多达10万个神经元。

这项新技术可用于监测瘫痪病人的大脑,包括跟踪癫痫病的迹象,并用于实时反馈以控制瘫痪病人的机械手。



如今,脑机接口领域的技术和神经生物学进步对数据库和软件进行处理提出了更高的要求,尤其是在处理从大量神经元接收的实时数据时。 为了解决这个问题,科学家创建了可伸缩的软件体系结构,用于使用标准计算机进行并行记录和数据处理。 该体系结构已显示出能够管理实时信息并以小于25毫秒的速度提供响应的能力。 研究人员确信,他们的开发将适合与现有和将来的神经计算机接口一起使用。

研究人员说:“该体系结构和数据格式的显着优势在于,信息无需后续翻译,因为脑信号直接翻译成代码。” 由于这种方法,普通计算机可以处理数据,并且处理速度非常快。

用于大脑大面积的实时监控工具可用于研究,诊断和治疗。 对于将来具有反馈的可植入神经计算机接口,它应该特别有效,这将有助于监视瘫痪患者大脑中的大面积区域,跟踪癫痫的新生迹象,并控制瘫痪的机械臂。

该系统旨在记录来自植入电极的神经信号。 下面是这种设备的示例,这是由林雪平大学(瑞典) 科学家开发的一种具有弹性的生物相容性电极,该电极具有由32个开放金属触点组成的网络,该网络在植入后会与脑组织接触。



下面是系统图。 主时钟(a)与接收设备(b)同步,接收设备(b) 整理尖峰信号分类 -它们记录并分类从对象(描绘为鼠标的枪口)(e)接收到的神经元的电活动以及数据压缩。 信息被编码在时隙数据网格中。 以HDF5格式发送此网格进行存储(d和f)。 最后两点是刚刚计划的。



现有的记录大脑活动的解决方案仅限于512到1024个通道,这使得在个人计算机上进行处理和存储变得困难。 每个主题的最大通道数为1792,该指标将继续增长。 DARPA正朝着这个方向努力:2016年,该机构启动了一项开发植入式神经接口的计划 ,以获得“前所未有的信号分辨率和带宽,以在人脑和电子系统之间传输信息。” 该接口应充当神经元的电化学与可用于计算机处理的代码之间的“翻译器”。 作为神经工程系统设计(NESD,“神经工程系统设计”)计划的一部分,该机构希望仪器进行现代化改造,包括补偿患者的视力和听力:例如,视觉信息将需要以数字方式传输到大脑。

下一步是DARPA在2017年与五个研究组织和一家商业公司签订了高分辨率脑植入物的制造合同 。 每个通道都结合了成千上万个神经元的信息,从而给出了具有低分辨率的模糊且嘈杂的图像。 NESD计划旨在克服这一障碍。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN411311/


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