Cum se înregistrează 1 milion de neuroni în timp real
O nouă metodă inovatoare ar putea permite oamenilor de știință să traducă informațiile provenite de la mai mult de 1 milion de neuroni simultan, precum și să decodeze activitatea pe măsură ce se întâmplă.
În ultimele decenii, cantitatea de date produse în viața de zi cu zi a explodat.
De exemplu, când mergeți pe stradă, telefonul dvs. mobil va colecta informații despre câți pași ați făcut.
Când cumpărați ceva dintr-un magazin cu cardul dvs., banca știe ce ați cumpărat, cât a fost și unde ați fost.
La fel, magazinul știe dacă ați cumpărat ceva similar acolo înainte.
Datele pot fi colectate mai eficient ca oricând, dar acum provocarea este să înțelegem ce ar trebui să facem cu ele (dacă există ceva). Avem numerele - dar ne sunt de folos?
Un salt uriaș pentru neuroștiințe
Situația este similară în neuroștiințe, deoarece s-au făcut pași uriași către colectarea unor cantități mari de date din creier. Oamenii de știință sunt acum capabili să asculte și să comunice cu un număr mare de celule cerebrale simultan.
Deși acest avans s-a dovedit util în diagnostic, tratament și cercetare, potențialul său întreg nu a fost încă realizat. Viteza cu care datele pot fi procesate odată ce au fost colectate este încă un obstacol substanțial.
Prelucrarea datelor devine rapid un blocaj pentru progresele realizate în alte domenii ale neuroștiinței. De exemplu, dacă datele din creier ar putea fi colectate și înțelese în timp real, s-ar putea face salturi uriașe în controlul brațelor robotului la persoanele paralizate, sau chiar în a ajuta la prezicerea unor crize epileptice iminente.
Pentru ca aceste obiective să fie atinse, vaste oceane de date trebuie analizate și calculate foarte rapid.
Cercetătorii de la Centrul de Cercetare Neuronano de la Universitatea Lund din Suedia au lucrat la această problemă. Au venit cu o metodă care are potențialul de a comunica în timp real cu milioane de celule nervoase.
Descoperirile lor au fost publicate recent în jurnal Neuroinformatica.
Nu numai că sistemul lor putea asculta vorbăreața celulelor creierului, dar îl putea traduce și într-o ieșire semnificativă aproape instantaneu - în termen de 25 de milisecunde. Secretul acestei noi capacități este un format de date specific numit Format ierarhic de date și un proces cunoscut sub numele de codare pe biți.
Recodarea semnalelor celulelor nervoase direct în codul de biți crește dramatic capacitatea de stocare. Cu toate acestea, cel mai mare câștig este că metoda ne permite să stocăm informațiile într-un mod care le face disponibile imediat procesorelor computerelor. ”
Jens Schouenborg, profesor de neurofiziologie, Centrul de Cercetare Neuronano
Viitorul neurologiei
Martin Garwicz - care este, de asemenea, profesor de neurofiziologie la Centrul de Cercetare Neuronano - explică modul în care metoda lor este străzile înaintea altor intervenții (cum ar fi electroencefalograma, în care electrozii sunt așezați pe scalp).
„Imaginați-vă că doriți să auziți despre ce vorbesc 10 persoane din camera de alături. Dacă ascultați punând urechea pe perete, veți auzi doar murmururi, dar dacă puneți un microfon pe fiecare persoană din cameră, acesta vă transformă capacitatea de a înțelege conversația ”, spune el.
„Și apoi”, adaugă Garwicz, „gândește-te să poți asculta un milion de indivizi, să găsești tipare în ceea ce este comunicat și să răspunzi instantaneu la asta - asta face posibilă noua noastră metodă.”
Această nouă metodologie permite traficul bidirecțional: mesajele de la celulele nervoase pot fi colectate și răspunsurile pot fi trimise înapoi. Tehnologia se bazează pe modul în care traficul este transformat în cod de biți.
„Un beneficiu considerabil al acestei arhitecturi și format de date este că nu necesită o traducere suplimentară, deoarece semnalele creierului sunt traduse direct în cod de biți. Acest lucru înseamnă un avantaj considerabil în toate comunicările dintre creier și computere, nu în ultimul rând în ceea ce privește aplicațiile clinice. ”
Autorul principal al studiului Bengt Ljungquist
În viitor, acest model ar putea ajuta neuroștiința să facă progrese uriașe. În timp ce interfețele creier-mașină și interfețele creier-computer s-au îmbunătățit considerabil în ultimii ani, adesea au lovit un blocaj atunci când vine vorba de prelucrarea datelor.
Dacă sistemul de coduri de biți are succes, acest bloc ar putea fi mutat din calea lor.
