Jak zaznamenat 1 milion neuronů v reálném čase
Nová inovativní metoda může vědcům umožnit překládat informace pocházející z více než 1 milionu neuronů najednou a také dekódovat aktivitu, jak k ní dochází.
V posledních několika desetiletích explodovalo množství dat produkovaných v každodenním životě.
Například když jdete po ulici, váš mobilní telefon shromažďuje informace o tom, kolik kroků jste podnikli.
Když něco zakoupíte v obchodě pomocí své karty, banka ví, co jste koupili, kolik to bylo a kde jste byli.
Stejně tak obchod ví, zda jste si tam něco podobného už koupili.
Data mohou být získávána efektivněji než kdy dříve, ale nyní je třeba pochopit, co bychom s nimi měli dělat (pokud vůbec). Máme čísla - ale jsou pro nás nějak užitečná?
Obrovský skok pro neurovědu
Podobná situace je i v neurovědě, kdy došlo k obrovskému pokroku ve shromažďování obrovského množství dat z mozku. Vědci jsou nyní schopni naslouchat a komunikovat s velkým počtem mozkových buněk najednou.
Ačkoli se tento pokrok osvědčil v diagnostice, léčbě a výzkumu, jeho plný potenciál dosud nebyl realizován. Rychlost, s jakou mohou být data zpracována, jakmile jsou shromážděna, je stále podstatným kamenem úrazu.
Zpracování dat se rychle stává překážkou pokroku v jiných oblastech neurovědy. Například pokud lze sbírat data z mozku a porozumět jim v reálném čase, může dojít k obrovským skokům v ovládání robotických ramen u paralyzovaných lidí nebo dokonce v pomoci předvídat bezprostřední epileptické záchvaty.
K dosažení těchto cílů je nutné velmi rychle analyzovat a vypočítat obrovské oceány dat.
Na tomto problému pracovali vědci z Neuronano Research Center na Lund University ve Švédsku. Přišli s metodou, která má potenciál komunikovat v reálném čase s miliony nervových buněk.
Jejich nálezy byly nedávno zveřejněny v časopise Neuroinformatika.
Jejich systém mohl nejen poslouchat chvění mozkových buněk, ale také jej mohl téměř okamžitě - do 25 milisekund - přeložit do smysluplného výstupu. Tajemstvím této nové funkce je specifický datový formát s názvem Hierarchical Data Format a proces známý jako bitové kódování.
"Překódování signálů nervových buněk přímo do bitového kódu dramaticky zvyšuje úložnou kapacitu." Největším ziskem však je, že metoda nám umožňuje ukládat informace tak, aby byly okamžitě k dispozici procesorům počítačů. “
Jens Schouenborg, profesor neurofyziologie, Neuronano Research Center
Budoucnost neurovědy
Martin Garwicz - který je také profesorem neurofyziologie ve výzkumném středisku Neuronano - vysvětluje, jak je jejich metoda v ulicích před jinými intervencemi (jako je elektroencefalogram, kde jsou elektrody umístěny na pokožce hlavy).
"Představte si, že chcete slyšet, o čem mluví 10 lidí ve vedlejší místnosti." Pokud posloucháte tak, že si ucho uložíte ke zdi, uslyšíte jen šelesty, ale když každému v místnosti přiložíte mikrofon, změní to vaši schopnost porozumět rozhovoru, “říká.
"A pak," dodává Garwicz, "přemýšlejte o tom, že budete moci poslouchat milion jednotlivců, najít vzory v tom, co je komunikováno, a okamžitě na to reagovat - to je to, co umožňuje naše nová metoda."
Tato nová metodika umožňuje obousměrný provoz: zprávy z nervových buněk lze srovnávat a odpovědi lze odesílat zpět. Tato technologie se spoléhá na způsob, jakým se provoz transformuje do bitového kódu.
"Významnou výhodou této architektury a datového formátu je to, že nevyžaduje další překlad, protože signály mozku jsou překládány přímo do bitového kódu." To znamená značnou výhodu ve veškeré komunikaci mezi mozkem a počítači, v neposlední řadě i v případě klinických aplikací. “
Vedoucí autor studie Bengt Ljungquist
Do budoucna by tento model mohl pomoci neurovědě učinit obrovský pokrok. Zatímco rozhraní mozek-stroj a rozhraní mozek-počítač se v posledních letech výrazně zlepšila, často narážejí na blok, pokud jde o zpracování dat.
Pokud je systém bitových kódů úspěšný, může být tento blok posunut z jejich cesty.
