अल्ट्रा कम बिजली मस्तिष्क प्रत्यारोपण खोजने के सार्थक संकेत में ग्रे मामले शोर-ScienceDaily


में ट्यूनिंग द्वारा एक सबसेट के मस्तिष्क तरंगों, मिशिगन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने नाटकीय रूप से कम बिजली की आवश्यकताओं के तंत्रिका इंटरफेस में सुधार करते हुए अपने सटीकता-एक खोज कर सकता है कि नेतृत्व करने के लिए लंबे समय से स्थायी मस्तिष्क प्रत्यारोपण कर सकते हैं कि दोनों का इलाज मस्तिष्क संबंधी बीमारियों और सक्षम मन नियंत्रित कृत्रिम अंग और मशीनों के साथ.

टीम के नेतृत्व में सिंथिया Chestek, एसोसिएट प्रोफेसर, बायोमेडिकल इंजीनियरिंग और कोर संकाय में रोबोटिक्स संस्थान, एक अनुमान के अनुसार 90% ड्रॉप में बिजली की खपत तंत्रिका इंटरफेस का उपयोग करके अपने दृष्टिकोण.

“वर्तमान में, व्याख्या में मस्तिष्क के संकेतों को किसी के इरादों की आवश्यकता है कंप्यूटर के रूप में लंबा के रूप में लोगों को और के बहुत सारे विद्युत शक्ति-कई कार बैटरी के लायक है,” शमूएल ने कहा Nason, पहली अध्ययन के लेखक और एक पीएच. डी उम्मीदवार में Chestek के Cortical तंत्रिका कृत्रिम अंग प्रयोगशाला है । “की मात्रा को कम करके विद्युत शक्ति परिमाण के एक आदेश होगा अंततः की अनुमति के लिए घर पर मस्तिष्क की मशीन इंटरफेस.”

न्यूरॉन्स, कोशिकाओं में हमारे दिमाग है कि रिले जानकारी और कार्रवाई के शरीर के चारों ओर, शोर कर रहे हैं ट्रांसमीटरों. कंप्यूटर और इलेक्ट्रोड के लिए इस्तेमाल किया इकट्ठा न्यूरॉन डेटा कर रहे हैं सुनने के लिए एक रेडियो में फंस स्टेशनों के बीच. वे समझने वास्तविक सामग्री के बीच मस्तिष्क की गूंज. उलझी इस कार्य मस्तिष्क एक firehose के इस डेटा बढ़ जाती है, जो शक्ति और प्रसंस्करण की सीमा से परे सुरक्षित implantable उपकरणों.

वर्तमान में, भविष्यवाणी करने के लिए जटिल व्यवहार के रूप में इस तरह लोभी एक आइटम में एक हाथ से न्यूरॉन गतिविधि है, वैज्ञानिकों का उपयोग कर सकते हैं transcutaneous इलेक्ट्रोड, या प्रत्यक्ष तारों त्वचा के माध्यम से मस्तिष्क के लिए. इस के साथ प्राप्त है 100 इलेक्ट्रोड पर कब्जा कि 20,000 संकेतों को प्रति सेकंड, और कारनामों में सक्षम बनाता है के रूप में इस तरह reenabling एक हाथ रुक गया था कि या अनुमति के किसी के साथ एक कृत्रिम हाथ महसूस करने के लिए कितना मुश्किल या नरम एक वस्तु है. लेकिन न केवल इस दृष्टिकोण अव्यावहारिक बाहर प्रयोगशाला के वातावरण में, यह भी एक जोखिम वहन करती है । संक्रमण का

कुछ वायरलेस प्रत्यारोपण, का उपयोग कर बनाया अत्यधिक कुशल, अनुप्रयोग-विशिष्ट एकीकृत सर्किट प्राप्त कर सकते हैं, लगभग बराबर प्रदर्शन के रूप में transcutaneous सिस्टम. इन चिप्स इकट्ठा कर सकते हैं और संचारित के बारे में 16,000 संकेतों को प्रति सेकंड है । हालांकि, वे अभी तक प्राप्त करने के लिए लगातार आपरेशन और अपने कस्टम निर्मित प्रकृति है एक अंधी गली में अनुमोदन हो रही के रूप में सुरक्षित प्रत्यारोपण के लिए की तुलना में औद्योगिक बने चिप्स ।

“यह एक बड़ी छलांग आगे है,” Chestek कहा. “प्राप्त करने के लिए उच्च बैंडविड्थ संकेत वर्तमान में हम की जरूरत है के लिए मस्तिष्क की मशीन इंटरफेस के बाहर wirelessly के लिए किया जाएगा पूरी तरह से असंभव को देखते हुए बिजली की आपूर्ति की मौजूदा पेसमेकर-शैली उपकरणों।”

को कम करने के लिए शक्ति और डेटा की जरूरत है, शोधकर्ताओं सेक मस्तिष्क का संकेत है. पर ध्यान केंद्रित तंत्रिका गतिविधि के spikes है कि एक निश्चित सीमा पार की शक्ति कहा जाता है, सीमा पार दर या TCR, मतलब कम डेटा संसाधित करने की जरूरत है जबकि अभी भी जा रहा है की भविष्यवाणी करने में सक्षम फायरिंग न्यूरॉन्स. हालांकि, TCR की आवश्यकता है सुनने के लिए firehose का न्यूरॉन गतिविधि का निर्धारण करने के लिए जब एक सीमा पार कर जाता है, और सीमा अपने आप को बदल सकते हैं न केवल से एक मस्तिष्क के लिए एक और लेकिन एक ही मस्तिष्क के अलग अलग दिनों पर. इस ट्यूनिंग की आवश्यकता है, सीमा और अतिरिक्त हार्डवेयर, बैटरी और समय के लिए ऐसा करते हैं ।

डेटा Compressing में एक और तरीका है, Chestek की लैब में मिलाया करने के लिए एक विशिष्ट सुविधा के न्यूरॉन डेटा: spiking-बैंड की शक्ति है । स्टेट बैंक ऑफ पटियाला से एक एकीकृत सेट है आवृत्तियों से कई न्यूरॉन्स के बीच 300 और 1,000 हर्ट्ज. केवल सुनने के द्वारा करने के लिए इस आवृत्ति रेंज में और दूसरों की अनदेखी, लेने से डेटा में एक भूसे के रूप में विरोध करने के लिए एक नली के साथ, टीम एक बेहद सटीक भविष्यवाणी के व्यवहार के साथ नाटकीय रूप से कम बिजली की जरूरत है.

के लिए की तुलना में transcutaneous प्रणाली, टीम पाया एसबीपी तकनीक होना करने के लिए बस के रूप में सही में ले रही है जबकि एक दसवें के रूप में कई संकेत है, 2,000 बनाम 20,000 संकेतों को प्रति सेकंड है । अन्य विधियों की तुलना में इस तरह के के रूप में का उपयोग कर एक दहलीज पार करने की दर, टीम के दृष्टिकोण न केवल आवश्यकता है, बहुत कम कच्चे डेटा है, लेकिन यह भी अधिक सटीक भविष्यवाणी पर न्यूरॉन फायरिंग, यहां तक कि शोर के बीच, और की आवश्यकता नहीं है ट्यूनिंग की एक सीमा है ।

टीम के SBP विधि को हल करती है एक और समस्या सीमित एक प्रत्यारोपण की उपयोगी जीवन. समय के साथ, एक इंटरफेस’ इलेक्ट्रोड पढ़ने के लिए असफल संकेतों के बीच शोर. हालांकि, क्योंकि तकनीक से करता है बस के रूप में जब अच्छी तरह से एक संकेत का आधा है क्या आवश्यक है से अन्य तकनीकों की तरह सीमा क्रॉसिंगों, प्रत्यारोपण किया जा सकता है जगह में छोड़ दिया और लंबे समय तक इस्तेमाल.

जबकि नए मस्तिष्क मशीन इंटरफेस विकसित किया जा सकता का लाभ लेने के लिए टीम की विधि, उनके काम भी बातें बताता नई क्षमताओं के लिए कई मौजूदा उपकरणों को कम करने के द्वारा तकनीकी आवश्यकताओं का अनुवाद करने के लिए न्यूरॉन्स के लिए इरादा नहीं है ।

“यह पता चला है कि कई उपकरणों बेच दिया गया है खुद को कम,” Nason कहा. “ये मौजूदा सर्किट का उपयोग कर, एक ही बैंडविड्थ और शक्ति है, अब कर रहे हैं लागू करने के लिए पूरे दायरे के मस्तिष्क की मशीन इंटरफेस.”

अध्ययन, “एक कम शक्ति बैंड के neuronal spiking गतिविधि का बोलबाला स्थानीय एकल इकाइयों के प्रदर्शन में सुधार मस्तिष्क की मशीन इंटरफेस,” में प्रकाशित हुआ है प्रकृति बायोमेडिकल इंजीनियरिंग.



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