جهاز كفء في استهلاك الطاقة مصنوع من العصبونات الاصطناعية يمكن فك تشفير الأمواج الدماغية

تتطلب الأجهزة الإلكترونية التي تعتمد عليها الخوارزميات العصبونية الحالية كمية كبيرة من طاقة المعالجة، مما يعني أن هذه الأنظمة الذكية لا تزال بعيدة عن التوازن مع الدماغ البشري في معالجة المعلومات الحسية أو التفاعلات مع البيئة في الوقت الفعلي.

يمكن أن تكون مفتاح التغلب على هذا التحدي هو هندسة الشبيه بالدماغ، وهو نهج جديد يدمج بين الذكاء الاصطناعي والطبيعي. يعتمد الباحثون في جامعة زيورخ، ETH زيورخ، وUniversityHospital زيورخ على هذا النهج لتطوير شريحة تعتمد على تقنية الشبيه بالدماغ، وتعرف الشريحة بدقة وموثوقية الإشارات البيولوجية المعقدة.

نشرت الأبحاث الجديدة في Nature Communications.

كشف HFO

استخدم الفريق التكنولوجيا لاكتشاف Oscillations عالية التردد (HFOs) المسجلة مسبقًا، والتي يتم قياسها بواسطة جهاز تخطيط أمواج الدماغ داخل القحف (iEEG). وقد أثبتت HFOs أنها موثوقة في تحديد الأنسجة الدماغية المسؤولة عن النوبات الصرعية.

قام الفريق بمحاكاة شبكة الأعصاب الطبيعية للدماغ، والتي تسمى شبكة عصبونية متقطعة (SNN)، لتصميم خوارزمية لاكتشاف HFOs. ثم قاموا بتنفيذ SNN في قطعة صغيرة من الأجهزة التي تستقبل الإشارات العصبية عبر الأقطاب، والتي تكون非常 كفئة في استهلاك الطاقة.

بسبب هذه الكفاءة، يمكن إجراء الحسابات بdecision الوقت الفعلي مع عدم الاعتماد على الإنترنت أو الحوسبة السحابية.

جاكومو إنديفيري هو أستاذ في معهد المعلومات العصبية في UZH وETH زيورخ.

“سمح لنا تصميمنا بالتعرف على الأنماط الفراغية الزمنية في الإشارات البيولوجية في الوقت الفعلي،” يقول إنديفيري.

استخدامات حقيقية

يحاول الباحثون الآن استخدام النتائج الجديدة لتطوير نظام إلكتروني يمكنه التعرف بشكل موثوق على HFOs في الوقت الفعلي. وفقًا للفريق، إذا تم استخدام الأداة كأداة تشخيصية إضافية في صالات الجراحة، يمكن أن تحسن من نتائج التدخلات الجراحية العصبية.

يمكن أن يؤثر التعرف على HFOs أيضًا على مجالات أخرى، حيث يكون الهدف الطويل الأمد للفريق هو تطوير جهاز لمراقبة الصرع. يمكن استخدام هذا النوع من الأجهزة خارج بيئة المستشفى، مما يجعل من الممكن تحليل الإشارات من عدد كبير من الأقطاب على مدار أسابيع أو أشهر.

“نريد دمج الاتصالات اللاسلكية منخفضة الطاقة في التصميم — للاتصال بهاتف خلوي، على سبيل المثال،” يقول إنديفيري.

جوهانس سارنثين هو عالم أعصاب في UniversityHospital زيورخ.

“يمكن أن يعرف شريح مثل هذا القابل للنقل أو الغرس التعرف على الفترات التي تزيد فيها نسبة حدوث النوبات أو تقل، مما يمكننا من تقديم علاجات مخصصة،” يقول سارنثين.

تجري الأبحاث حول الصرع في مركز زيورخ لدراسة الصرع وجراحة الصرع، وهو جزء من شراكة بين UniversityHospital زيورخ وSwiss Epilepsy Clinic وUniversity Children’s Hospital زيورخ.