Dispozitiv eficient energetic fabricat din neuroni artificiali poate decoda undele cerebrale

Dispozitivele electronice pe care se bazează algoritmii de rețele neuronale actuale necesită o cantitate intensă de putere de procesare, ceea ce înseamnă că aceste sisteme de inteligență artificială (AI) sunt încă departe de a fi la nivelul creierului uman în ceea ce privește procesarea informațiilor senzoriale sau interacțiunile cu mediul în timp real.

Cheia pentru a depăși această provocare ar putea implica ingineria neuromorfă, care este o abordare nouă ce combină inteligența artificială și cea naturală. Cercetătorii de la Universitatea din Zürich, ETH Zürich și Spitalul Universitar Zürich se bazează pe această abordare pentru a dezvolta un cip bazat pe tehnologia neuromorfă, cipul recunoscând cu acuratețe și fiabilitate semnalele biologice complexe.

Noua cercetare a fost publicată în Nature Communications.

Detectarea HFO

Echipa a utilizat tehnologia pentru a detecta cu succes oscilațiile de înaltă frecvență (HFO) înregistrate anterior, care sunt măsurate cu un electroencefalogramă intracraniană (iEEG). HFO-urile s-au dovedit a fi fiabile în identificarea țesutului cerebral responsabil de crizele epileptice.

Echipa a simulat rețeaua neurală naturală a creierului, numită rețea neurală cu impulsuri (SNN), pentru a proiecta un algoritm de detectare a HFO-urilor. Apoi au implementat SNN într-un mic fragment de hardware care primește semnale neuronale prin electrozi, care sunt extrem de eficiente din punct de vedere energetic.

Datorită acestei eficiențe, calculele pot fi efectuate cu o rezoluție temporală foarte ridicată, fără a se baza pe internet sau calculul în cloud.

Giacomo Indiveri este profesor la Institutul de Neuroinformatică al UZH și ETH Zürich.

“Proiectul nostru ne permite să recunoaștem modele spatiotemporale în semnalele biologice în timp real”, spune Indiveri.

Aplicații practice

Cercetătorii își propun acum să utilizeze noile descoperiri pentru a dezvolta un sistem electronic care să poată recunoaște și monitoriza HFO-urile în timp real. Conform echipei, dacă acest instrument este utilizat ca un instrument de diagnostic suplimentar în sălile de operație, ar putea îmbunătăți rezultatele intervențiilor neurochirurgicale.

Recunoașterea HFO-urilor poate avea impact și în alte domenii, ținta pe termen lung a echipei fiind dezvoltarea unui dispozitiv pentru monitorizarea epilepsiei. Acest tip de dispozitiv ar putea fi utilizat în afara spitalului, permițând analiza semnalelor de la un număr mare de electrozi pe o perioadă de săptămâni sau luni.

“Vrem să integrăm comunicații de date wireless cu consum redus de energie în proiect – pentru a-l conecta la un telefon mobil, de exemplu”, spune Indiveri.

Johannes Sarnthein este neurofiziolog la Spitalul Universitar Zürich.

“Un cip portabil sau implantabil, cum ar fi acesta, ar putea identifica perioadele cu o rată mai mare sau mai mică de incidență a crizelor, ceea ce ne-ar permite să oferim medicină personalizată”, spune Sarnthein.

Cercetarea privind epilepsia are loc la Centrul de Epileptologie și Chirurgie a Epilepsiei din Zürich, care face parte dintr-un parteneriat între Spitalul Universitar Zürich, Clinica Elvețiană de Epilepsie și Spitalul de Copii din Zürich.