Kako v realnem času posneti 1 milijon nevronov
Inovativna nova metoda lahko znanstvenikom omogoči prevajanje informacij, ki prihajajo z več kot milijonom nevronov hkrati, in dekodiranje dejavnosti, ko se zgodi.
V zadnjih nekaj desetletjih je količina podatkov, proizvedenih v vsakdanjem življenju, eksplodirala.
Ko na primer hodite po ulici, bo vaš mobilni telefon zbiral podatke o tem, koliko korakov ste naredili.
Ko nekaj kupite v trgovini s svojo kartico, banka ve, kaj ste kupili, koliko je bilo in kje ste bili.
Prav tako trgovina ve, ali ste tam že kupili kaj podobnega.
Podatke lahko zberemo bolj učinkovito kot kdaj koli prej, toda izziv je zdaj razumeti, kaj bi morali z njimi početi (če sploh). Številke imamo - a nam sploh koristijo?
Velik preskok za nevroznanost
Podobno je pri nevroznanosti, saj so bili narejeni ogromni koraki k zbiranju ogromnih količin podatkov iz možganov. Znanstveniki lahko zdaj poslušajo in komunicirajo z velikim številom možganskih celic hkrati.
Čeprav se je ta napredek izkazal za koristnega pri diagnostiki, zdravljenju in raziskavah, njegov celoten potencial še ni uresničen. Hitrost obdelave podatkov, ko so zbrani, je še vedno velik kamen spotike.
Obdelava podatkov hitro postaja ozko grlo za napredek na drugih področjih nevroznanosti. Na primer, če bi lahko podatke iz možganov zbirali in razumeli v realnem času, bi lahko naredili velike preskoke pri nadzoru robotskih rok pri paraliziranih ljudeh ali celo pri napovedovanju bližnjih epileptičnih napadov.
Da bi lahko te cilje dosegli, je treba zelo hitro analizirati in izračunati velike oceane podatkov.
Raziskovalci iz Neuronano Research Centra na univerzi Lund na Švedskem so se ukvarjali s tem problemom. Pripravili so metodo, ki lahko v realnem času komunicira z milijoni živčnih celic.
Njihove ugotovitve so bile nedavno objavljene v reviji Nevroinformatika.
Ne samo, da bi njihov sistem lahko poslušal klepet možganskih celic, lahko bi ga skoraj v trenutku prevedel v pomemben izhod - v 25 milisekundah. Skrivnost te nove zmogljivosti je poseben format podatkov, imenovan Hierarchical Data Format, in postopek, znan kot kodiranje bitov.
»Prekodiranje signalov živčnih celic neposredno v bitno kodo dramatično poveča kapaciteto shranjevanja. Največji dobiček pa je v tem, da nam metoda omogoča shranjevanje informacij na način, ki omogoča, da so takoj na voljo procesorjem računalnikov. "
Jens Schouenborg, profesor nevrofiziologije, Neuronano Research Center
Prihodnost nevroznanosti
Martin Garwicz, ki je tudi profesor nevrofiziologije v Neuronano Research Centru, razloži, kako je njihova metoda pred uvedbo drugih posegov (na primer elektroencefalogram, kjer so elektrode nameščene na lasišču).
»Predstavljajte si, da želite slišati, o čem govori 10 ljudi v sosednji sobi. Če poslušate tako, da prislonite uho ob steno, boste le slišali šumenje, če pa na vsako osebo v sobi položite mikrofon, to spremeni vašo sposobnost razumevanja pogovora, «pravi.
"In potem," dodaja Garwicz, "pomislite, da bi lahko prisluhnili milijonu posameznikov, našli vzorce v sporočilu in se takoj odzvali na to - to omogoča nova metoda."
Ta nova metodologija omogoča dvosmerni promet: sporočila živčnih celic je mogoče zbrati in odzive poslati nazaj. Tehnologija temelji na načinu pretvorbe prometa v bitno kodo.
»Bistvena prednost te arhitekture in formata podatkov je, da ne zahteva nadaljnjega prevajanja, saj se možganski signali prevajajo neposredno v bitno kodo. To pomeni precejšnjo prednost v celotni komunikaciji med možgani in računalniki, nenazadnje tudi glede klinične uporabe. "
Vodilni avtor študije Bengt Ljungquist
V prihodnosti bi lahko ta model nevroznanosti pomagal doseči velik napredek. Medtem ko so se vmesniki možgan-stroj in vmesniki možgani-računalniki močno izboljšali v zadnjih letih, pri obdelavi podatkov pogosto zaidejo v blokado.
Če je sistem bitnih kod uspešen, se lahko ta blok premakne z njihove poti.
