Ako zaznamenať 1 milión neurónov v reálnom čase
Nová inovatívna metóda môže umožniť vedcom preložiť informácie pochádzajúce z viac ako 1 milióna neurónov naraz a súčasne dekódovať aktivitu, ktorá sa deje.
Za posledných niekoľko desaťročí množstvo dát vyprodukovaných v každodennom živote explodovalo.
Napríklad keď idete po ulici, váš mobilný telefón zhromaždí informácie o tom, koľko krokov ste podnikli.
Keď niečo zakúpite v obchode pomocou svojej karty, banka vie, čo ste kúpili, koľko to bolo a kde ste sa nachádzali.
Rovnako tak obchod vie, či ste si už niečo podobné kúpili aj predtým.
Dáta je možné zbierať efektívnejšie ako kedykoľvek predtým, ale úlohou je teraz pochopiť, čo by sme s nimi mali robiť (ak vôbec). Máme čísla - sú však pre nás nejaké užitočné?
Obrovský skok pre neurovedu
Podobná situácia je aj v neurovede, keď došlo k obrovskému pokroku v zhromažďovaní veľkého množstva údajov z mozgu. Vedci sú dnes schopní počúvať a komunikovať s veľkým počtom mozgových buniek naraz.
Aj keď sa tento pokrok ukázal ako užitočný v diagnostike, liečbe a výskume, jeho plný potenciál sa zatiaľ nevyužil. Rýchlosť, akou je možné údaje spracovať po ich zhromaždení, je stále podstatným kameňom úrazu.
Spracovanie údajov sa rýchlo stáva prekážkou pokroku v iných oblastiach neurovedy. Napríklad, ak by bolo možné zhromaždiť a pochopiť údaje z mozgu v reálnom čase, bolo by možné urobiť obrovské skoky v ovládaní robotických ramien u ochrnutých ľudí alebo dokonca v pomoci pri predpovedaní bezprostredných epileptických záchvatov.
Na dosiahnutie týchto cieľov je potrebné veľmi rýchlo analyzovať a vypočítať obrovské oceány dát.
Na tomto probléme pracovali vedci z Neuronano Research Center na Lundskej univerzite vo Švédsku. Vymysleli metódu, ktorá má potenciál komunikovať v reálnom čase s miliónmi nervových buniek.
Ich objavy boli nedávno zverejnené v časopise Neuroinformatika.
Nielen, že ich systém mohol počúvať chvenie mozgových buniek, ale tiež ho mohol takmer okamžite - do 25 milisekúnd - preložiť do zmysluplného výstupu. Tajomstvom tejto novej schopnosti je špecifický dátový formát s názvom Hierarchical Data Format a proces známy ako bitové kódovanie.
"Prekódovanie signálov nervových buniek priamo do bitového kódu dramaticky zvyšuje úložnú kapacitu." Najväčším prínosom však je, že táto metóda nám umožňuje ukladať informácie takým spôsobom, aby boli okamžite dostupné procesorom počítačov. “
Jens Schouenborg, profesor neurofyziológie, Neuronano Research Center
Budúcnosť neurovied
Martin Garwicz - ktorý je tiež profesorom neurofyziológie vo Výskumnom centre Neuronano - vysvetľuje, ako je ich metóda v uliciach pred inými zásahmi (ako je elektroencefalogram, kde sú elektródy umiestnené na pokožke hlavy).
"Predstavte si, že chcete počuť, o čom hovorí 10 ľudí vo vedľajšej miestnosti." Ak budete počúvať tak, že si priložíte ucho k stene, budete počuť iba šelesty, ale ak dáte každému v miestnosti mikrofón, premení sa to na vašu schopnosť porozumieť rozhovoru, “hovorí.
„A potom,“ dodáva Garwicz, „premýšľajte o možnosti počúvať milión jednotlivcov, nachádzať vzorce v komunikovanom obsahu a okamžite na ne reagovať - to je to, čo umožňuje naša nová metóda.“
Táto nová metodika umožňuje obojsmerný prenos: správy z nervových buniek je možné zhromažďovať a odpovede zasielať späť. Táto technológia sa spolieha na spôsob, akým sa prevádzka transformuje do bitového kódu.
„Značnou výhodou tejto architektúry a dátového formátu je, že nevyžaduje ďalší preklad, pretože signály mozgu sa prekladajú priamo do bitového kódu. To znamená značnú výhodu pri všetkej komunikácii medzi mozgom a počítačmi, a to nielen v súvislosti s klinickými aplikáciami. “
Vedúci autor štúdie Bengt Ljungquist
Do budúcnosti by tento model mohol pomôcť neurovede dosiahnuť obrovský pokrok. Aj keď sa rozhrania mozgu a stroja a rozhrania mozgu a počítača v posledných rokoch výrazne zlepšili, pri spracovaní údajov často narazia na blok.
Ak je systém bitových kódov úspešný, tento blok by sa mohol posunúť z ich cesty.
