Hvordan registrere 1 million nevroner i sanntid
En ny innovativ metode kan tillate forskere å oversette informasjonen som kommer fra mer enn 1 million nevroner samtidig, samt dekode aktiviteten mens den skjer.
I løpet av de siste tiårene har mengden data produsert i hverdagen eksplodert.
Når du for eksempel går nedover gaten, vil mobilen din samle inn informasjon om hvor mange skritt du har tatt.
Når du kjøper noe i en butikk med kortet ditt, vet banken hva du kjøpte, hvor mye det var og hvor du var.
På samme måte vet butikken om du hadde kjøpt noe lignende der før.
Data kan høstes mer effektivt enn noen gang, men utfordringen nå er å forstå hva vi skal gjøre med dem (hvis noe). Vi har tallene - men har de noen nytte for oss?
Et stort sprang for nevrovitenskap
Situasjonen er lik innen nevrovitenskap, fordi det er gjort store skritt mot å samle store mengder data fra hjernen. Forskere er nå i stand til å lytte til og kommunisere med et stort antall hjerneceller på en gang.
Selv om dette fremskrittet har vist seg nyttig i diagnose, behandling og forskning, er dets fulle potensiale ennå ikke realisert. Hastigheten data kan behandles med når de er samlet inn er fortsatt en betydelig snublestein.
Databehandling blir raskt en flaskehals for fremskritt innen andre områder innen nevrovitenskap. For eksempel, hvis data fra hjernen kunne samles inn og forstås i sanntid, kan det gjøres store sprang i kontrollen av robotarmene hos lammede mennesker, eller til og med i å bidra til å forutsi forestående epileptiske anfall.
For at disse målene skal oppnås, må store hav av data analyseres og beregnes veldig raskt.
Forskere ved Neuronano Research Center ved Lunds universitet i Sverige har jobbet med dette problemet. De har kommet opp med en metode som har potensial til å kommunisere i sanntid med millioner av nerveceller.
Deres funn ble nylig publisert i tidsskriftet Nevroinformatikk.
Ikke bare kunne systemet deres lytte til hjernecellens skravling, det kunne også oversette det til en meningsfull utgang nesten umiddelbart - innen 25 millisekunder. Hemmeligheten bak denne nye muligheten er et spesifikt dataformat kalt Hierarkisk dataformat og en prosess kjent som bitkoding.
“Koding av nervecellesignalene direkte i bitkode øker lagringskapasiteten dramatisk. Den største gevinsten er imidlertid at metoden gjør at vi kan lagre informasjonen på en måte som gjør den umiddelbart tilgjengelig for datamaskinens prosessorer. "
Jens Schouenborg, professor i nevrofysiologi, Neuronano Research Center
Fremtiden for nevrovitenskap
Martin Garwicz - som også er professor i nevrofysiologi ved Neuronano Research Center - forklarer hvordan metoden deres er gater foran andre inngrep (for eksempel elektroencefalogram, hvor elektroder plasseres i hodebunnen).
“Tenk deg at du vil høre hva 10 personer i rommet ved siden av snakker om. Hvis du lytter ved å sette øret mot veggen, vil du bare høre murring, men hvis du setter en mikrofon på hver person i rommet, forvandler det din evne til å forstå samtalen, ”sier han.
"Og så," legger Garwicz til, "tenk å kunne lytte til en million individer, finne mønstre i det som kommuniseres, og umiddelbart svare på det - det er det den nye metoden vår gjør mulig."
Denne nye metoden tillater toveis trafikk: meldinger fra nerveceller kan samles og svar kan sendes tilbake. Teknologien er avhengig av hvordan trafikken blir omgjort til bitkode.
“En betydelig fordel med denne arkitekturen og dataformatet er at den ikke krever ytterligere oversettelse, da hjernens signaler blir oversatt direkte til bitkode. Dette betyr en betydelig fordel i all kommunikasjon mellom hjernen og datamaskiner, ikke minst når det gjelder kliniske applikasjoner. ”
Hovedstudieforfatter Bengt Ljungquist
Fremover kan denne modellen hjelpe nevrovitenskap til å gjøre store fremskritt. Mens grensesnitt for hjerne-maskin og grensesnitt for hjerne-datamaskin har blitt betydelig forbedret de siste årene, treffer de ofte en blokk når det gjelder databehandling.
Hvis bitkodesystemet lykkes, kan denne blokken flyttes fra banen.
