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  • 科學家實現斑馬魚神經元集群活動閉環調控

    2024-03-14 11:22 來源:環球網 閱讀數:662

    【環球網科技綜合報道】3月14日消息,據中國科學院自動化研究所消息,受天文數據處理體系啟發,中國科學院自動化研究所與中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心合作研發實感智能計算-控制平臺,可快速提取和分析斑馬魚全腦神經元活動,實現神經元集群活動的閉環調控。

    該研究借助天文學領域的數據處理技術,采用FPGA-GPU混合架構,成功對高達500MB/s的大數據流神經功能數據進行實時配準、信號提取和分析。通過這一技術突破,研究團隊首次實現了對斑馬魚全腦十萬級神經元的實時監控,進而對任意選擇的神經元集群活動進行解碼,以控制外部設備。這一成果標志著基于全腦單細胞光學成像的虛擬現實、光遺傳調控等技術在腦科學閉環研究領域的應用邁出了關鍵一步。

    據介紹,全腦范圍單神經元活動成像是解析大腦并行分布式計算原理的有力工具,但其巨大的數據實時處理需求已成為技術發展的瓶頸,導致難以實時分析以及在大尺度上閉環調控和研究腦功能。受天文學領域中快速射電暴檢測技術的啟發,并借鑒其系統設計策略,本項研究利用FPGA編程的靈活性建立光學神經信號預處理系統,對來自光學傳感器的信號規整化,并將其發送給基于GPU的實時處理系統,進行高速非線性配準,提取各信道的神經信號,依據編碼規則進行解碼,以獲得用于控制外部器件的反饋信號。

    依托大數據流的實時分析和高通量全腦成像技術,研究團隊未來將進一步研究篩選適合光學腦機接口的神經群體活動特征,以揭示其機制,開發出更高效的光學腦機接口技術,推進腦科學研究范式的發展。

    相關研究論文以Real-time analysis of large-scale neuronal imaging enables closed-loop investigation of neural dynamics為題,在線發表于《自然·神經科學》(Nature Neuroscience)。

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