كيفية تسجيل مليون خلية عصبية في الوقت الفعلي
قد تسمح طريقة مبتكرة جديدة للعلماء بترجمة المعلومات الواردة من أكثر من مليون خلية عصبية في وقت واحد ، وكذلك فك شفرة النشاط فور حدوثه.
على مدى العقود القليلة الماضية ، انفجرت كمية البيانات المنتجة في الحياة اليومية.
على سبيل المثال ، عندما تمشي في الشارع ، سيجمع هاتفك الخلوي معلومات حول عدد الخطوات التي قطعتها.
عندما تشتري شيئًا ما في متجر ببطاقتك ، يعرف البنك ما اشتريته ، وكم كان ، وأين كنت.
وبالمثل ، يعرف المتجر ما إذا كنت قد اشتريت شيئًا مشابهًا هناك من قبل.
يمكن حصاد البيانات بشكل أكثر كفاءة من أي وقت مضى ، ولكن التحدي الآن هو فهم ما يجب أن نفعله بها (إن وجد). لدينا الأرقام - لكن هل هي مفيدة لنا؟
قفزة عملاقة في علم الأعصاب
الوضع مشابه في علم الأعصاب ، حيث تم اتخاذ خطوات كبيرة نحو جمع كميات هائلة من البيانات من الدماغ. يمكن للعلماء الآن الاستماع إلى عدد كبير من خلايا الدماغ والتواصل معها في وقت واحد.
على الرغم من أن هذا التقدم قد أثبت فائدته في التشخيص والعلاج والبحث ، إلا أن إمكاناته الكاملة لم تتحقق بعد. لا تزال السرعة التي يمكن بها معالجة البيانات بمجرد جمعها تشكل حجر عثرة كبير.
أصبحت معالجة البيانات بسرعة عنق الزجاجة للتقدم المحرز في مجالات علم الأعصاب الأخرى. على سبيل المثال ، إذا أمكن جمع البيانات من الدماغ وفهمها في الوقت الفعلي ، فيمكن تحقيق قفزات هائلة في السيطرة على أذرع الروبوت لدى الأشخاص المصابين بالشلل ، أو حتى في المساعدة على التنبؤ بنوبات الصرع الوشيكة.
لتحقيق هذه الأهداف ، يجب تحليل محيطات البيانات الشاسعة وحسابها بسرعة كبيرة.
يعمل الباحثون في مركز أبحاث Neuronano في جامعة Lund في السويد على حل هذه المشكلة. لقد توصلوا إلى طريقة لديها القدرة على التواصل في الوقت الفعلي مع ملايين الخلايا العصبية.
تم نشر النتائج التي توصلوا إليها مؤخرًا في المجلة المعلوماتية العصبية.
لا يستطيع نظامهم الاستماع إلى ثرثرة خلايا الدماغ فحسب ، بل يمكنه أيضًا ترجمتها إلى مخرجات ذات مغزى على الفور تقريبًا - في غضون 25 مللي ثانية. يكمن سر هذه الإمكانية الجديدة في تنسيق بيانات محدد يسمى تنسيق البيانات الهرمي وعملية تعرف باسم تشفير البت.
إن إعادة تشفير إشارات الخلايا العصبية مباشرة إلى كود البت يزيد بشكل كبير من سعة التخزين. ومع ذلك ، فإن أكبر مكسب هو أن الطريقة تمكننا من تخزين المعلومات بطريقة تجعلها متاحة على الفور لمعالجات أجهزة الكمبيوتر ".
ينس شوينبورغ ، أستاذ الفسيولوجيا العصبية ، مركز أبحاث Neuronano
مستقبل علم الأعصاب
يشرح Martin Garwicz - وهو أيضًا أستاذ في الفسيولوجيا العصبية في مركز أبحاث Neuronano - كيف أن طريقتهم تتقدم على التدخلات الأخرى (مثل مخطط كهربية الدماغ ، حيث يتم وضع أقطاب كهربائية على فروة الرأس).
"تخيل أنك تريد أن تسمع ما يتحدث عنه 10 أشخاص في الغرفة المجاورة. إذا كنت تستمع من خلال وضع أذنك على الحائط ، فسوف تسمع فقط همهمة ، ولكن إذا وضعت ميكروفونًا على كل شخص في الغرفة ، فإنه يغير قدرتك على فهم المحادثة "، كما يقول.
ويضيف Garwicz: "وبعد ذلك ، فكر في القدرة على الاستماع إلى مليون فرد ، والعثور على أنماط في ما يتم توصيله ، والاستجابة له فورًا - وهذا ما يجعل طريقتنا الجديدة ممكنة."
تسمح هذه المنهجية الجديدة بحركة مرور ثنائية الاتجاه: يمكن تجميع الرسائل الواردة من الخلايا العصبية وإرسال الردود مرة أخرى. تعتمد التقنية على الطريقة التي يتم بها تحويل حركة المرور إلى رمز بت.
"من الفوائد الكبيرة لهذه البنية وتنسيق البيانات أنها لا تتطلب مزيدًا من الترجمة ، حيث يتم ترجمة إشارات الدماغ مباشرة إلى رمز البت. وهذا يعني ميزة كبيرة في جميع الاتصالات بين الدماغ وأجهزة الكمبيوتر ، ليس أقلها فيما يتعلق بالتطبيقات السريرية. "
مؤلف الدراسة الرئيسي بينجت ليونجكويست
للمضي قدمًا ، يمكن أن يساعد هذا النموذج علم الأعصاب على تحقيق تقدم هائل. بينما تحسنت واجهات الدماغ والآلة والواجهات بين الدماغ والحاسوب بشكل كبير في السنوات الأخيرة ، فإنها غالبًا ما تصطدم بعقبة عندما يتعلق الأمر بمعالجة البيانات.
إذا كان نظام رمز البت ناجحًا ، يمكن تحويل هذه الكتلة من مسارها.
