Neuronii artificiali recunosc biosemnalele în timp real

Cipul neuromorf detectează în mod fiabil și precis oscilații de înaltă frecvență în EEG intracranian înregistrat anterior. Credit: UZH, ETHZ, USZ

Cercetătorii din Zurich au dezvoltat un dispozitiv compact, eficient din punct de vedere energetic, realizat din neuroni artificiali, care este capabil să decodifice undele cerebrale. Cipul folosește date înregistrate din undele cerebrale ale pacienților cu epilepsie pentru a identifica ce regiuni ale creierului cauzează crize epileptice. Acest lucru deschide noi perspective asupra tratamentului.

Algoritmii rețelei neuronale actuale produc rezultate impresionante care ajută la rezolvarea unui număr incredibil de probleme. Cu toate acestea, dispozitivele electronice utilizate pentru a executa acești algoritmi necesită încă o mare putere de procesare. Aceste sisteme de inteligență artificială (AI) pur și simplu nu pot concura cu creierul actual atunci când vine vorba de procesarea informațiilor senzoriale sau de interacțiunea cu mediul în timp real.

Cipul neuromorf detectează oscilații de înaltă frecvență

Ingineria neuromorfă este o nouă abordare promițătoare care acoperă decalajul dintre inteligența artificială și cea naturală. O echipă de cercetare interdisciplinară de la Universitatea din Zurich, ETH Zurich și Spitalul Universitar din Zurich a folosit această abordare pentru a dezvolta un cip bazat pe tehnologia neuromorfă care recunoaște în mod fiabil și precis biosemnalele complexe. Oamenii de știință au reușit să folosească această tehnologie pentru a detecta cu succes oscilații de înaltă frecvență (HFO) înregistrate anterior. Aceste unde specifice, măsurate utilizând o electroencefalogramă intracraniană (iEEG), s-au dovedit a fi biomarkeri promițătoare pentru identificarea țesutului cerebral care provoacă convulsii epileptice.

Complex, compact și eficient din punct de vedere energetic

Cercetătorii au creat mai întâi un algoritm care detectează HFO-urile prin simularea rețelei neuronale naturale a creierului: o așa-numită rețea neuronală spiking (SNN). Al doilea pas a implicat aplicarea SNN pe o bucată de hardware de dimensiunea unghiilor care primește semnale nervoase prin electrozi și care, spre deosebire de computerele convenționale, este masiv eficientă din punct de vedere energetic. Acest lucru face posibile calculele cu o rezoluție de timp foarte mare, fără a se baza pe internet sau cloud computing. „Proiectarea noastră ne permite să recunoaștem tiparele spațiale în semnale biologice în timp real”, spune Giacomo Indiveri, profesor la Institutul pentru Neurinformatică de la UZ și ETH Zurich.

Măsurarea HFO-urilor în sălile de operație și în afara spitalelor

Cercetătorii intenționează acum să își folosească concluziile pentru a crea un sistem electronic care recunoaște și monitorizează în mod fiabil HFO-urile în timp real. Atunci când este utilizat ca instrument de diagnostic suplimentar în sălile de operație, sistemul poate îmbunătăți rezultatul intervențiilor neurochirurgicale.

Cu toate acestea, acesta nu este singurul domeniu în care recunoașterea HFO poate juca un rol important. Scopul pe termen lung al echipei este de a dezvolta un dispozitiv pentru monitorizarea epilepsiei care poate fi utilizat în afara spitalului și care ar permite analiza semnalelor de la un număr mare de electrozi timp de câteva săptămâni sau luni. „Vrem să integrăm comunicații de date fără fir cu consum redus de energie în model – de exemplu, pentru a le conecta la un telefon mobil”, spune Indiver. Johannes Sarnthein, neurofiziolog la Spitalul UniversityH Zurich, explică: „Un cip detașabil sau implantabil poate identifica perioadele cu un procent mai mare sau mai mic de convulsii, ceea ce ne va permite să livrăm medicamente personalizate”. Acest studiu privind epilepsia se desfășoară la Centrul de Epilepsie și Chirurgie a Epilepsiei din Zurich, care se desfășoară în cadrul unui parteneriat între Spitalul UniversityH Zurich, Clinica Elvețiană de Epilepsie și Spitalul Universitar din Zurich.

Referință: „Un sistem neuromorfic electronic pentru detectarea în timp real a oscilațiilor de înaltă frecvență (HFO) în EEG intracranian” de Mohammadali Sharifshazileh, Karla Burelo, Johannes Sarnthein și Giacomo Indiveri, 25 mai 2021 Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23342-2

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.