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新方法實時管理和存儲數百萬個神經細胞的數據

神經科學的最新發展對復雜的數據管理提出了很高的要求,尤其是當植入式腦機接口用于建立大腦神經細胞和計算機之間的電子通信時。

由瑞典隆德大學的研究人員開發的一種新方法可以將神經信號重新編碼為計算機處理器可以立即使用的格式。該方法現已發表在科學期刊Neuroinformatics上。

隆德研究人員使用神經細胞的模擬記錄來評估該方法。他們能夠證明他們可以同時從超過一百萬個神經細胞中收集數據,分析信息并在幾毫秒內提供反饋。

“這種方法將使我們能夠優化我們利用Neuronano研究中心開發的電極進行高質量穩定記錄的方式,”隆德大學神經生理學教授Jens Schouenborg說道。研究。

近年來大腦研究的進展已經引起了相當大的處理挑戰,涉及“聽”和與大量大腦神經細胞通信時產生的信息量,以及在基礎研究,臨床診斷和治療中的應用。

無論是使用來自癱瘓患者的神經細胞的信號來控制機器人手臂,還是使用來自神經細胞的信息來揭示即將發生的癲癇發作,都需要極其快速地處理和解釋所產生的大量癲癇發作。生物數據。

記錄到計算機語言中

隆德大學神經元研究中心的研究人員開發出的方法可以實現與數百萬個神經細胞的實時同步通信。

“將神經細胞信號直接重新編碼到bitcode中會大大增加存儲容量。”然而,最大的好處是該方法使我們能夠以一種使其立即可供計算機處理器使用的方式存儲信息,“Jens Schouenborg解釋說。

除了大量神經細胞和來自每個細胞的信號中的信息量之外,挑戰在于必須同時翻譯信息以促進與大腦的有意義的通信。

聆聽個體神經細胞

研究背后的研究人員之一Martin Garwicz概述了他們的方法與其他分析神經細胞活動的方法有何不同,例如EEG,其中電極位于頭皮外側。

“想象一下,你想聽聽隔壁房間里有十個人在說什么。如果你把耳朵貼在墻上聽,你就會聽到雜音,但如果你把麥克風放在房間里的每個人身上,它就會改變你能夠理解對話。然后考慮能夠聽一百萬個人,找到傳達內容的模式并立即回應 - 這就是我們的新方法所能實現的,“隆德神經生理學教授Martin Garwicz說道。大學。

需要新的數據處理形式

研究人員開發的方法可以與單個神經細胞進行雙向交流。

“這種架構和數據格式的一個相當大的好處是它不需要進一步的翻譯,因為大腦的信號直接轉換成bitcode。這意味著大腦和計算機之間的所有通信都具有相當大的優勢,尤其是臨床應用, “隆德大學研究和博士生的主要作者Bengt Ljungquist說。

該研究由Knut和Alice Wallenberg基金會,瑞典研究理事會和隆德大學資助。

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