Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
Alexander Vitkovski
alev_biz

Categories:

Где применять нейроморфные процессоры?

Сейчас существует множество маломощных нейроморфных процессоров, способных имитировать различные биологические особенности нервной системы.

Где применять нейроморфные процессоры?

Кори М. Тиболт (Corey M. Thibeault), автор статьи из Frontiers in Systems Neuroscience, предлагает две сферы применения, которые могут поспособствовать прогрессу в нейроморфных архитектурах: глубокая стимуляция головного мозга (DBS) при лечении болезни Паркинсона и стимуляция эпидурального спинного мозга (ESS) для восстановления движения.



Контроль благодаря модели


Сейчас мы не можем отдельно пронаблюдать за множеством элементов нейронной цепочки. И один из способов все-таки оценить неизвестную переменную – фильтр Калмана (Unscented Kalman Filter, UKF), который объединяет наблюдаемые и ненаблюдаемые измерения. UKF использует набор известных динамических уравнений и данные, которые все-
таки можно измерить, и благодаря этому может оценить динамику состояния. Схема для этой организации показана на рисунке.

Где применять нейроморфные процессоры? A)
Пример терапевтического применения модели. Динамика системы описывается моделью F, наблюдения описываются функцией A. В большинстве систем эти наблюдения будут неточными, ковариационная матрица R будет это учитывать. B) Схема глубокой стимуляции мозга при лечении болезни Паркинсона. C) Пример эпидуральной стимуляции спинного мозга для восстановления двигательных функций.

Если использовать модель области нервной системы при стимуляции, можно будет оценить её активность и состояние — то, что непосредственно не поддается измерению. А также благодаря модели можно определить оптимальные параметры стимуляции и получить обратную связь, которая поможет подстраивать эти параметры в динамике. Встраивание этих моделей в маломощное нейроморфное оборудование облегчило бы переход к имплантируемым устройствам.

Глубокая стимуляция и «Паркинсон»


В DBS (глубокая стимуляция мозга при болезни Паркинсона, deep brain stimulation – мы писали об этом методе) двойные электроды имплантируются с двух сторон в ядра базальных ганглиев, их цель – субталамическое ядро. Затем врачи экспериментируют с частотой, амплитудой и длительностью электрических импульсов, чтобы найти параметры с наибольшим преимуществом. Однако этим параметрам необходимы периодические корректировки из-за нейронной пластичности. Кстати, хотя глубокая стимуляция имеет доказанное клиническое преимущество, нет четкого объяснения механизма действия.

Где применять нейроморфные процессоры?

Группа учёных смогла создать простую петлю обратной связи, где импульс DBS был вызван скачком активности в структуре мозга – во внутреннем сегменте бледного шара либо в первичной двигательной коре. Полученная система – хотя и блестяще разработанная – является невероятно простым решением. Несмотря на множество неизученных вопросов, исследования в этой сфере обнадеживают и показывают осуществимость стратегии.

Эпидуральная стимуляция спинного мозга


Ученые установили, что эпидуральная стимуляция спинного мозга у пациентов с полной параплегией (параличом обоих верхних или нижних конечностей) помогает восстановить двигательную активность. Однако механизмы, благодаря которым это происходит, а также способы поддержания результатов по-прежнему неизвестны. Сейчас исследователи настраивают параметры «на глаз» до тех пор, пока не увидят улучшение. Ученые пытались применять байесовские оптимизационные подходы к автоматизации, но этот способ не учитывает особенности биологически структур.

Для применения в клинической практике метод пока недостаточно развит, считает автор. Тем не менее, он уже поможет извлечь выгоду при измерении оптимальных параметров системы. И хотя ученые пока не до конца изучили, насколько верна обратная связь от спинного мозга, его эпидуральная стимуляция может стать более удобной в сравнении с глубокой стимуляцией мозга – как минимум, доступность этой части нервной системы выше. Однако, если требуется более тонкие настройки, преимущество у DBS.

Несмотря на технологические и теоретические достижения, описанные автором, для этих методов все еще существуют препятствия. Непонятно, где и что измерять для определения оптимальных параметров и какова стабильность измерения этих показателей. Стабильность аппаратного измерения этих сигналов также сомнительна. Предполагается, что использование нейроморфного оборудования требует высокой точности. В лечении болезни Паркинсона глубокой стимуляцией это, кажется, так. Однако для стимуляции спинного мозга это может не потребоваться, говорит Кори. В любом случае, необходимо предпринять усилия и продвинуть нейроморфные процессоры в направлении клинического лечения.

Текст: Любовь Пушкарская





Ссылка на источник

Tags: инструменты и методы, как улучшить мозг, медицина, нейроинтерфейсы, нейроновости
Subscribe

Posts from This Journal “как улучшить мозг” Tag

promo alev_biz october 13, 12:29 1
Buy for 20 tokens
Ванечке Новышу всего два годика. Половину своей только начавшейся жизни он борется с онкологией. Опухоль желточного мешка крестцово-копчиковой области с врастанием в канал спинного мозга, с метастазами в подвздошные и паховые лимфоузлы – именно так звучит диагноз малыша. Благодаря…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments