Attenzione: questa pagina è una traduzione automatica di questa pagina originariamente in lingua inglese. Si prega di notare in quanto le traduzioni sono generate da macchine, non tutte le traduzioni saranno perfetti. Questo sito web e le sue pagine web sono destinati ad essere letto in inglese. Ogni traduzione del sito e le sue pagine web possono essere imprecise e inesatte, in tutto o in parte. Questa traduzione è fornita per comodità.

Il nuovo approccio diminuisce i requisiti di potenza delle interfacce neurali mentre migliora l'accuratezza

Sintonizzando in un sottoinsieme delle onde cerebrali, i ricercatori dell'università del Michigan hanno diminuito drammaticamente i requisiti di potenza delle interfacce neurali mentre migliorano la loro accuratezza--una scoperta che potrebbe piombo agli innesti duraturi del cervello che possono sia trattare le malattie neurologiche che permettere alla protesi controllata a mente ed ai commputer.

Il gruppo, piombo da Cynthia Chestek, professore associato di assistenza tecnica biomedica e facoltà di memoria alla robotica istituisce, stimato un calo di 90% nel consumo di energia di interfacce neurali utilizzando il loro approccio.

Corrente, interpretando i segnali del cervello in qualcuno le intenzioni richiede i computer alti quanto la gente ed i lotti di corrente elettrica--valore parecchi accumulatori per di automobile. La diminuzione della quantità di corrente elettrica da un ordine di grandezza finalmente terrà conto le interfacce casalinghe del cervello-commputer.„

Samuel Nason, primo autore dello studio e candidato di Ph.D. nel laboratorio neurale corticale della protesi di Chestek

I neuroni, le celle nei nostri cervelli che trasmettono le informazioni e l'atto intorno all'organismo, sono trasmettitori rumorosi. I computer e gli elettrodi utilizzati per riunire i dati del neurone stanno ascoltando una radio attaccata fra le stazioni. Devono decifrare il contenuto reale fra il cervello che ronza. Complicando questo compito, il cervello è un firehose di questi dati, che aumentano la potenza ed il trattamento oltre i limiti delle unità impiantabili sicure.

Corrente, predire i comportamenti complessi come afferrare un punto in una mano da attività del neurone, gli scienziati possono utilizzare gli elettrodi transcutanei, o i collegamenti diretti attraverso l'interfaccia al cervello. Ciò è realizzabile con 100 elettrodi che catturano 20.000 segnali al secondo e permette alle abilità come reenabling un braccio che era paralizzato o permettente che qualcuno con una mano prostetica ritenga quanto duro o morbido un oggetto è. Ma non solo è questo esterno poco pratico di approccio dell'ambiente del laboratorio, egualmente porta un rischio di infezione.

Alcuni innesti del wireless, creati facendo uso dei circuiti integrati altamente efficienti e caratteristici dell'applicazione, possono raggiungere la prestazione quasi uguale come i sistemi transcutanei. Questi chip possono riunire e trasmettere circa 16.000 segnali al secondo. Tuttavia, hanno ancora raggiungere l'operazione coerente e la loro natura su misura è un blocco stradale nell'ottenere l'approvazione come innesti sicuri confrontati ai chip industriale-fatti.

“Questo è un grande salto in avanti,„ Chestek ha detto. “Ottenere l'alta larghezza di banda ci segnala corrente ha bisogno di per le interfacce del commputer del cervello fuori senza fili sarebbe completamente impossibile dato le alimentazioni elettriche delle unità stile stimolatore esistenti.„

Per diminuire i bisogni di dati e di potenza, i ricercatori comprimono i segnali del cervello. Mettendo a fuoco sulle punte di attività neurale che oltrepassano una determinata soglia di potenza, chiamata tariffa di incrocio della soglia o TCR, significa che meno dati devono essere elaborati mentre ancora possono predire i neuroni di infornamento. Tuttavia, TCR richiede ascoltare il firehose completo di attività del neurone per determinare quando una soglia è oltrepassata e la soglia stessa può cambiare non solo da un cervello ad un altro ma nello stesso cervello i giorni differenti. Ciò richiede la sintonizzazione della soglia e hardware, batteria e tempo supplementari agire in tal modo.

Comprimendo i dati in un altro modo, il laboratorio di Chestek composto dentro ad una funzionalità specifica dei dati del neurone: potenza della chiodare-banda. SBP è un insieme integrato delle frequenze dai neuroni multipli, fra 300 e 1.000 hertz. Ascoltando soltanto questo intervallo delle frequenze e trascurando altre, contenente i dati da una paglia rispetto ad un tubo flessibile, il gruppo ha trovato una previsione altamente accurata di comportamento con i bisogni di potenza drammaticamente più bassa.

Confrontato ai sistemi transcutanei, il gruppo ha trovato la tecnica di SBP per essere appena come accurato mentre conteneva un decimo di altrettanti segnali, 2.000 contro 20.000 segnali al secondo. Confrontato ad altri metodi come usando una tariffa di incrocio della soglia, l'approccio del gruppo non solo richiede molto meno dati grezzi, ma è egualmente più accurato ad infornamento di predizione del neurone, anche fra il disturbo e non richiede la sintonizzazione della soglia.

Il metodo dello SBP del gruppo risolve un altro problema che limita la vita utile di un innesto. Col passare del tempo, gli elettrodi delle interfacce non riescono ad indicare i segnali fra disturbo. Tuttavia, perché la tecnica esegue parimenti quando un segnale è metà di che cosa è richiesto da altre tecniche come gli incroci della soglia, gli innesti potrebbero essere lasciati sul posto ed essere utilizzati più lungamente.

Mentre le nuove interfacce del cervello-commputer possono essere sviluppate per approfittare del metodo del gruppo, il loro lavoro egualmente apre le nuove capacità per molte unità attuali diminuendo i requisiti tecnici tradurre i neuroni alle intenzioni.

“Risulta che molte unità stanno vendendo bruscamente,„ Nason ha detto. “Questi circuiti attuali, facendo uso della stesse larghezza di banda e potenza, ora sono applicabili all'intero regno delle interfacce del cervello-commputer.„

Source:
Journal reference:

Nason, S.R., et al. (2020) A low-power band of neuronal spiking activity dominated by local single units improves the performance of brain-machine interfaces. Nature Biomedical Engineering. doi.org/10.1038/s41551-020-0591-0.