Енергоэффективний Пристрій Зроблений З Штучних Нейронів Можна Розшифрувати Мозкові Хвилі

Електронні пристрої, на яких зараз залежать алгоритми штучних нейронних мереж, вимагають великої кількості обчислювальної потужності, що означає, що ці системи штучного інтелекту все ще далеко не рівні людському мозкові за обробкою сенсорної інформації або взаємодією з довкіллям в реальному часі.

Ключем до подолання цієї проблеми може стати нейроморфна інженерія, яка є новим підходом, що поєднує штучний і природний інтелект. Дослідники з Університету Цюріха, ETH Цюріха та Університетської лікарні Цюріха використовують цей підхід для розробки мікросхеми на основі нейроморфної технології, яка точно і надійно розпізнає складні біосигнали.

Нові дослідження були опубліковані в Nature Communications. 

Виявлення HFO

Команда використала цю технологію для успішного виявлення раніше записаних високочастотних коливань (HFO), які вимірюються за допомогою інтракраніальної електроенцефалограми (іЕЕГ). HFO виявилися надійними у ідентифікації мозкової тканини, відповідальної за епілептичні напади.

Команда змоделювала природну нейронну мережу мозку, яка називається спайковою нейронною мережею (СНМ), для розробки алгоритму виявлення HFO. Потім вони реалізували СНМ у малому шматочку апаратного забезпечення, яке приймає нейронні сигнали через електроди, які є надзвичайно енергоефективними.

Через цю ефективність розрахунки можна виконувати з дуже високою часовою роздільністю без використання Інтернету чи хмарних обчислень.

Джакомо Індівері є професором Інституту нейроінформатики Університету Цюріха та ETH Цюріха.

“Наш дизайн дозволяє нам розпізнавати просторово-часові закономірності у біологічних сигналах в реальному часі”, – говорить Індівері.

Практичне Застосування

Дослідники тепер хочуть використовувати нові відкриття для розробки електронної системи, яка може надійно розпізнавати та моніторити HFO в реальному часі. За словами команди, якщо цей інструмент буде використаний як додатковий діагностичний інструмент у операційних залах, він може покращити результати нейрохірургічних втручань.

Розпізнавання HFO також може вплинути на інші галузі, а довгостроковою метою команди є розробка пристрою для моніторингу епілепсії. Такий пристрій можна буде використовувати поза лікарнею, що дозволить аналізувати сигнали від великої кількості електродів протягом декількох тижнів або місяців.

“Ми хочемо інтегрувати низькоенергетичну, бездротову передачу даних у дизайн – щоб підключити його до мобільного телефону, наприклад”, – говорить Індівері.

Йоганнес Зарнтеін є нейрофізіологом Університетської лікарні Цюріха.

“Портативний або імплантований чіп такого типу може ідентифікувати періоди з вищою або нижчою частотою виникнення нападів, що дозволить нам надавати персоналізовану медицину”, – говорить Зарнтеін.

Дослідження епілепсії проводяться в Центрі епілептології та епілептологічної хірургії Цюріха, який є частиною партнерства між Університетською лікарнею Цюріха, Швейцарською клінікою епілепсії та Дитячою лікарнею Цюріха.