جهاز节能 مصنوع من العصبونات الاصطناعية يمكن فك تشفير الموجات الدماغية

تتطلب الأجهزة الإلكترونية التي تعتمد عليها الخوارزميات العصبية الحالية كمية كبيرة من طاقة المعالجة، مما يعني أن أنظمة الذكاء الاصطناعي (AI) لا تزال بعيدة عن أن تكون على قدم المساواة مع الدماغ البشري في معالجة المعلومات الحسية أو التفاعلات مع البيئة في الوقت الفعلي.

يمكن أن يكون المفتاح لتحقيق هذا التحدي هو هندسة الشبه عصبية، وهي نهج جديد ي 结ب بين الذكاء الاصطناعي والطبيعي. يعتمد الباحثون في جامعة زيورخ، ETH زيورخ، وUniversityHospital زيورخ على هذا النهج لتطوير شريحة تعتمد على تقنية الشبه عصبية، مع تمكين الشريحة من التعرف بدقة وموثوقية على الإشارات البيولوجية المعقدة.

نشرت الأبحاث الجديدة في Nature Communications.

كشف HFO

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

قام الفريق بمحاكاة شبكة الدماغ العصبية الطبيعية، والتي تسمى شبكة عصبية متسلسلة (SNN)، لتصميم خوارزمية لاكتشاف HFOs. ثم قاموا بتنفيذ SNN في قطعة صغيرة من الأجهزة التي تستقبل الإشارات العصبية من خلال الأقطاب، والتي تعتبر非常 كفء في الطاقة.

بسبب هذه الكفاءة، يمكن إجراء الحسابات بدقة زمنية عالية جدًا دون 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

يبحث الباحثون الآن في 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 HFO على مجالات أخرى، مع أن الهدف طويل الأمد للفريق هو تطوير جهاز لمراقبة الصرع. يمكن استخدام هذا النوع من الأجهزة خارج إعدادات المستشفى، مما يجعل من الممكن تحليل الإشارات من عدد كبير من الأقطاب خلال عدة أسابيع أو أشهر.

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

جوهانس سارنثين هو عالم فيزيولوجيا عصبية في UniversityHospital زيورخ.

“يمكن لشريحة محمولة أو قابلة للزرع مثل هذه تحديد الفترات ذات معدل أعلى أو أقل من حدوث النوبات، مما يتيح لنا تقديم علاجات طبية مخصصة”، يقول سارنثين.

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