Hogyan rögzítsünk 1 millió neuront valós időben
Egy innovatív új módszer lehetővé teheti a tudósok számára, hogy egyszerre több mint 1 millió idegsejtből származó információt fordítsanak le, valamint dekódolják a tevékenységet, ahogy ez történik.
Az elmúlt évtizedekben a mindennapi életben előállított adatok mennyisége felrobbant.
Például, amikor az utcán sétál, a mobiltelefonja információkat gyűjt arról, hogy hány lépést tett meg.
Amikor vásárol valamit a boltban a kártyájával, a bank tudja, mit vásárolt, mennyit és hol volt.
Hasonlóképpen, az üzlet tudja, hogy korábban vásárolt-e ott valami hasonlót.
Az adatokat hatékonyabban lehet összegyűjteni, mint valaha, de a kihívás most az, hogy megértsük, mit kell tennünk velük (ha van ilyen). Megvannak a számok - de vajon hasznosak-e számunkra?
Óriási ugrás az idegtudomány számára
Hasonló a helyzet az idegtudományban, abban az értelemben, hogy hatalmas lépéseket tettek az agy hatalmas adatmennyiségének összegyűjtése felé. A tudósok most képesek egyszerre nagyszámú agysejtet hallgatni és kommunikálni velük.
Bár ez az előrelépés hasznosnak bizonyult a diagnózis, a kezelés és a kutatás területén, teljes potenciálját még nem használták fel. Az adatok feldolgozásának sebessége az összegyűjtés után még mindig jelentős botlás.
Az adatfeldolgozás gyorsan szűk keresztmetszetet jelent az idegtudomány más területein elért eredmények terén. Például, ha az agyból származó adatokat valós időben lehetne összegyűjteni és megérteni, hatalmas ugrások történhetnek a bénult emberek robotkarjainak irányításában, vagy akár a küszöbön álló epilepsziás rohamok előrejelzésében.
E célok elérése érdekében az adatok óceánjait nagyon gyorsan elemezni és kiszámítani kell.
A svéd Lund Egyetem Neuronano Kutatóközpontjának kutatói ezen a problémán dolgoztak. Kitaláltak egy módszert, amely képes valós időben kommunikálni idegsejtek millióival.
Megállapításaik nemrégiben megjelentek a folyóiratban Neuroinformatika.
Rendszerük nemcsak az agysejtek fecsegését hallgathatta meg, hanem szinte azonnal - 25 milliszekundumon belül - értelmes kimenetre is fordíthatta. Ennek az új képességnek a titka egy speciális adatformátum, az úgynevezett hierarchikus adatformátum, és a bitkódolás néven ismert folyamat.
„Az idegsejt jelek közvetlen átkódolása bitkódba drámai módon megnöveli a tárolókapacitást. A legnagyobb nyereség azonban az, hogy a módszer lehetővé teszi számunkra, hogy az információt úgy tároljuk, hogy az azonnal elérhetővé váljon a számítógépek processzorai számára. "
Jens Schouenborg, a neurofiziológia professzora, a Neuronano Kutatóközpont
Az idegtudomány jövője
Martin Garwicz - aki a Neuronano Kutatóközpont neurofiziológiájának professzora is - elmagyarázza, hogy módszerük hogyan áll az utcán más beavatkozások előtt (például az elektroencefalogrammal, ahol az elektródákat a fejbőrre helyezik).
- Képzelje el, hogy szeretné hallani, miről beszél 10 ember a szomszéd szobában. Ha fülét a falhoz téve hallgat, akkor csak morgolódásokat hall, de ha a szobában lévő minden emberre mikrofont helyez, az átalakítja a beszélgetés megértésének képességét ”- mondja.
"És akkor - teszi hozzá Garwicz - gondolkodjon azon, hogy képes-e egymillió embert meghallgatni, mintákat találni a kommunikáltakban és azonnal reagálni rá - ezt az új módszerünk lehetővé teszi."
Ez az új módszertan kétirányú forgalmat tesz lehetővé: az idegsejtek üzeneteit össze lehet gyűjteni, és a válaszokat vissza lehet küldeni. A technológia a forgalom bitkóddá alakításának módjára támaszkodik.
„Ennek az architektúrának és adatformátumnak jelentős előnye, hogy nem igényel további fordítást, mivel az agy jeleit közvetlenül bitkódra fordítják. Ez jelentős előnyt jelent az agy és a számítógépek közötti minden kommunikációban, nem utolsósorban a klinikai alkalmazás szempontjából. ”
A tanulmány vezető szerzője, Bengt Ljungquist
A továbbiakban ez a modell elősegítheti az idegtudományt abban, hogy hatalmas előrelépést érjen el. Míg az agy-gép interfészek és az agy-számítógép interfészek az utóbbi években jelentősen javultak, az adatfeldolgozás során gyakran blokkot ütnek.
Ha a bitkódrendszer sikeres, akkor ezt a blokkot elmozdíthatják az útjukról.
