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杭榮
來自蘇黎世的研究團(tuán)隊(duì)近日開發(fā)出了一種由人工神經(jīng)元制成的緊湊、節(jié)能的設(shè)備，能夠?qū)δX電波進(jìn)行解碼。該芯片利用從癲癇患者的腦電波中記錄的數(shù)據(jù)來識(shí)別大腦中哪些區(qū)域會(huì)導(dǎo)致癲癇發(fā)作，這為治療開辟了新的應(yīng)用前景。
目前的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法產(chǎn)生令人印象深刻的結(jié)果，有助于解決數(shù)量驚人的問題。然而，用于運(yùn)行這些算法的電子設(shè)備仍然需要龐大的處理能力。當(dāng)涉及到實(shí)時(shí)處理感官信息或與環(huán)境的互動(dòng)時(shí)，這些人工智能(AI)系統(tǒng)根本無(wú)法與實(shí)際的大腦競(jìng)爭(zhēng)。而神經(jīng)形態(tài)工程是一種有前途的新方法，在人工智能和自然智能之間搭建起了橋梁。
蘇黎世大學(xué)、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和蘇黎世大學(xué)醫(yī)院的一個(gè)跨學(xué)科研究小組利用這種方法開發(fā)了一種基于神經(jīng)形態(tài)技術(shù)的芯片，可以可靠而準(zhǔn)確地識(shí)別復(fù)雜的生物信號(hào)。科學(xué)家們能夠利用這項(xiàng)技術(shù)成功地檢測(cè)到以前記錄的高頻振蕩(HFO)。使用顱內(nèi)腦電圖(iEEG)測(cè)量的這些特定波，已被證明是識(shí)別導(dǎo)致癲癇發(fā)作的腦組織的有希望的生物標(biāo)志物。
研究人員首先設(shè)計(jì)了一種算法，通過模擬大腦的自然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來檢測(cè)HFO：一個(gè)微小的所謂尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(SNN)。第二步是在一個(gè)指甲大小的硬件中實(shí)現(xiàn)SNN，該硬件通過電極接收神經(jīng)信號(hào)，與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不同，它具有巨大的能源效率。這使得具有非常高的時(shí)間分辨率的計(jì)算成為可能，而無(wú)需依賴互聯(lián)網(wǎng)或云計(jì)算。
蘇黎世大學(xué)和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院神經(jīng)信息學(xué)研究所的教授Giacomo Indiveri說：“我們的設(shè)計(jì)使我們能夠?qū)崟r(shí)識(shí)別生物信號(hào)中的時(shí)空模式”。
研究人員現(xiàn)在正計(jì)劃利用他們的發(fā)現(xiàn)創(chuàng)建一個(gè)電子系統(tǒng)，以可靠地識(shí)別和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)HFOs。當(dāng)作為手術(shù)室的一個(gè)額外診斷工具時(shí)，該系統(tǒng)可以改善神經(jīng)外科干預(yù)的結(jié)果。
然而，這并不是HFO識(shí)別可以發(fā)揮重要作用的單個(gè)領(lǐng)域。該團(tuán)隊(duì)的長(zhǎng)期目標(biāo)是開發(fā)一種可在醫(yī)院外使用的監(jiān)測(cè)癲癇的設(shè)備，這將使其有可能在幾周或幾個(gè)月內(nèi)分析大量電極的信號(hào)。
蘇黎世大學(xué)醫(yī)院的神經(jīng)生理學(xué)家Johannes Sarnthein解釋說：“我們希望在設(shè)計(jì)中整合低能量的無(wú)線數(shù)據(jù)通信--例如，將其與手機(jī)連接。像這樣的便攜式或植入式芯片可以識(shí)別癲癇發(fā)作率較高或較低的時(shí)期，這將使我們能夠提供個(gè)性化的藥物”。
(原標(biāo)題：科學(xué)家打造人工神經(jīng)元芯片 可實(shí)時(shí)識(shí)別生物信號(hào))
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