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  • 一種治療腦部疾病的神經芯片出爐

    發布:2022-02-01

      原標題:一種治療腦部疾病的神經芯片出爐

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      ?瑞士洛桑聯邦理工學(xue)(xue)院研究人員將低功耗芯片設計、機器學(xue)(xue)習(xi)算法和(he)柔性(xing)植入式電極相(xiang)結合(he),制作(zuo)出(chu)一種神(shen)經接口,可識別和(he)抑制各種神(shen)經系統疾病癥狀(zhuang)。研究成果(guo)近日(ri)發表在《IEEE固(gu)態電路》雜(za)志上。

      得益于(yu)256通道高分辨率傳感陣(zhen)列和節能機器學習處(chu)理器,名(ming)為“神經樹”的(de)該系(xi)統可從真(zhen)實患者(zhe)數據(ju)和疾病(bing)動物模(mo)型(xing)中提取廣(guang)泛的(de)生物標志物并分類,從而實現高度準確(que)的(de)癥狀預測。

      研究人員稱,神經(jing)樹得(de)益于神經(jing)網絡的(de)準確(que)性和決(jue)策(ce)樹算法的(de)硬件(jian)效(xiao)率。這是(shi)第一(yi)次能(neng)(neng)將如此復雜但節能(neng)(neng)的(de)神經(jing)接口集成到癲癇發作等二元分類任務(wu),并(bing)用(yong)于手指(zhi)神經(jing)修復等分類任務(wu)中。

      “神(shen)經樹”通過從腦(nao)電波中提取(qu)標(biao)志物(已知與某些神(shen)經系統疾病相關的(de)電信號模式)發(fa)揮作用(yong)。它會(hui)對信號進行分(fen)類,并指出(chu)它們(men)是(shi)否預示著即將(jiang)發(fa)生的(de)癲癇發(fa)作或帕金森氏震顫等。一旦檢測到癥狀,就會(hui)激(ji)活(huo)同樣位于芯片上的(de)神(shen)經刺激(ji)器,發(fa)送(song)電脈沖(chong)來阻(zu)止。

      與此前最(zui)先進的(de)技術(shu)相比,“神(shen)經樹(shu)”的(de)獨特(te)設(she)計(ji)使該系統具有前所未有的(de)效率和多(duo)功(gong)能(neng)性。與之前的(de)機器學(xue)習(xi)嵌入式設(she)備只有32個(ge)輸入通(tong)道相比,該芯片擁有256個(ge),從而允許在植入物上(shang)處(chu)理更(geng)多(duo)高分辨(bian)率數據(ju)。

      該(gai)芯片面積的高(gao)效設(she)計意味著(zhu)它尺寸非常小(xiao)(3.48平方毫米(mi)),還具有擴(kuo)展更多通道(dao)的巨(ju)大潛(qian)力以及很高(gao)的能源(yuan)效率。

      除了這些優勢之外,該(gai)系統還可檢(jian)測比(bi)此前(qian)設備更為廣(guang)泛的(de)癥(zheng)狀(zhuang)。該(gai)芯片(pian)的(de)機器(qi)學習算法(fa)在(zai)來(lai)自癲癇和帕金森病患者的(de)數(shu)據(ju)集(ji)上進(jin)(jin)行了訓練,成功(gong)對來(lai)自這兩(liang)個類(lei)別的(de)神經信號進(jin)(jin)行了準確分類(lei)。

      【總編輯圈點】

      這(zhe)是(shi)一(yi)種多功能可拓展的(de)神(shen)經(jing)芯(xin)片。它功耗低,集成性(xing)強,能夠執行(xing)多種任務,是(shi)跨學科之作(zuo)。這(zhe)種神(shen)經(jing)接口不(bu)僅可以(yi)識別和(he)(he)預判即將(jiang)發作(zuo)的(de)癲癇和(he)(he)震顫,還可以(yi)指揮神(shen)經(jing)刺激器及時釋放出對應的(de)脈沖,來阻止(zhi)疾病(bing)的(de)發生。它背后強大的(de)支撐系統可以(yi)從真實患者數據中(zhong)提取和(he)(he)分類神(shen)經(jing)標志物,幫助(zhu)芯(xin)片進行(xing)更準確的(de)判斷。對有腦部疾病(bing)困擾(rao)的(de)患者來說,未來在腦部植(zhi)入一(yi)個類似的(de)芯(xin)片,協(xie)同對抗令人困擾(rao)的(de)震顫發作(zuo),或(huo)許是(shi)一(yi)種可行(xing)的(de)選擇。 (記者張夢然)

      (責編:木勝玉、徐(xu)前(qian))


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