اهمیت تجزیه و تحلیل سیگنال عصبی چند-Scale در رابط های مدرن مغز-کامپیوتر

رابط های مغز و کامپیوتر (BCIs) پتانسیل بازسازی ارتباطات و حرکت برای افراد مبتلا به معلولیت های عصبی شدید را دارند. کلید ساخت این سیستم ها شهودی تر و قابل اعتماد تر در توانایی رمزگشایی سیگنال های عصبی با وفاداری بالا در مقیاس های مختلف است. تجزیه و تحلیل سیگنال عصبی چند مقیاسی فعالیت مغز را در هر دو قطعنامه های گسترده و زمانی و ظریف بررسی می کند، ضبط کامل غنی از پویایی عصبی، پیشرفت های مدرن، و هدایت کننده، و هدایت کننده، و هدایت کننده، و اصلاح کننده دقیق کاربر، و مصنوعی است.

اصول تجزیه و تحلیل سیگنال عصبی چند-Scale

فعالیت عصبی در مقیاس های مختلف آشکار می شود.در سطح ماکروسکوپی، الکتروانسفالوگرافی (EEG) و پتانسیل های زمینه محلی (LFPs) فعالیت جمعیت هماهنگ را ثبت می کند، در حالی که در سطح میکروسکوپی، فعالیت های متخلخل از نورون های حرکتی فردی، تجزیه اطلاعات دقیق تر، تجزیه و تحلیل فرکانسی، این دیدگاه های مختلف را با استفاده از تکنیک های ریاضی که ویژگی های مربوط به هر مقیاس معمول را استخراج می کنند، ترکیب می کند، که ترکیب می کنند، روش های درک سیگنال های مختلف و سیگنال های مختلف را به طور دقیق تر از طریق تشخیص سیگنال های سیگنال های سیگنال های سیگنال های سیگنال های تصویری تجزیه و تجزیه می کنند، و تجزیه و تجزیه می کنند.

ابعاد فضایی به همان اندازه مهم است. آرایه های میکرو الکترونی بالا می توانند از صدها تا هزاران کانال ضبط کنند، جمعیت عصبی را در چند میلی متر نمونه برداری کنند، همراه با مدل های محاسباتی که برای اجرای حجم و فیلترینگ فضایی حساب می کنند، این ضبط ها به دانشمندان اجازه می دهد تا فعالیت را از ستون ها یا لایه های مختلف حل کنند، این اطلاعات فضایی چند مقیاسی برای بهبود دقت الگوریتم های رمزگشایی، به ویژه زمانی که سعی در انتقال سیگنال های پیچیده یا سیگنال های پیچیده دارند، حیاتی است.

پیشرفت های اخیر در تکنولوژی و الگوریتم ها

سال های اخیر پیشرفت های چشمگیر در هر دو سخت افزار و نرم افزار مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل عصبی چند مقیاس دیده اند.این پیشرفت ها BCI را به زیست شناسی بالینی و تجاری نزدیک تر کرده اند.

ضبط بالا و پیشرفت محاسباتی

توسعه آرایه های الکترود با چگالی بالا، مانند کاوشگرهای نورالکس (۳) به طور همزمان ضبط هزاران نورون در سراسر مناطق متعدد مغز را فعال کرده است.این پروب ها چندین shanks را با سایت های ضبط شده فشرده ترکیب می کنند، به محققان اجازه می دهد تا فعالیت های پردازش شده در کنار LFP ها را با وضوح فضایی بی سابقه ضبط کنند.این داده های حاصل عظیم هستند، نیاز به گسترش باند لوله های اختصاصی (A) دارند.

آموزش ماشین برای کد نویسی پیشرفته

شبکه های عصبی عمیق تبدیل به یک ابزار استاندارد برای استخراج الگوهای معنی دار از داده های عصبی چند مقیاسی شده اند.(شبکه های عصبی کانولوی (CNNs) می توانند ویژگی های فضایی را از شبکه های الکترود یاد بگیرند، در حالی که شبکه های عصبی تکراری (RNNs) و ترانسفورماتورها وابستگی های زمانی را که طول می کشد، تنظیم می کنند، یک مطالعه اخیر نشان داد که یک مدل مبتنی بر تبدیل شده است که به طور منحصر به فرد (FPR) با استفاده از سیگنال های صوتی بالا (Fend) و انتقال سیگنال های صوتی (به فرد، به سیگنال های صوتی) از سیگنال های صوتی) از سیگنال های صوتی، به سرعت انتقال سیگنال های صوتی، و انتقال سیگنال های سرعت انتقال سیگنال های صوتی، به سرعت انتقال سیگنال های صوتی، به سرعت انتقال سیگنال های صوتی (D.

برنامه های کاربردی در رابط های مغز و کامپیوتر و Neuroprosthetics

مزایای عملی تجزیه و تحلیل عصبی چند مقیاسی در کاربرد آن به BCIs و Neuroprosthetics مشهود است.توانایی رمزگشایی هر دو نیت حرکتی ضخیم و تنظیمات حرکتی ظریف اندام های مصنوعی را برای کنترل طبیعی تر کرده است.

رمزگذاری موتور و کنترل Prosthetic Control

BCIs سنتی اغلب به تنظیم دامنه بالقوه محلی برای هدایت حرکت استنتاج متکی است (با اضافه کردن ویژگی های فعالیت های افزایشی، رویکردهای چند مقیاسی نه تنها می توانند جهت را رمزگشایی کنند بلکه همچنین نیروی محرکه، سرعت و حرکات انگشت فردی را نیز در مطالعات غیر انسانی و به طور فزاینده ای، در کارآزمایی های بالینی انسانی با استفاده از آرایه های حلقه ای درون کورتیک، یک کارآزمایی بالینی اخیر که در طول عمر طولانی نشان داده شده است، بهبود می یابد: [F]

• بازخورد حسی و سیستم های بسته

تجزیه و تحلیل چند مقیاسی نیز برای فعال کردن بازخورد حسی حیاتی است.(تعاملات میکروسکوپی می تواند احساسات لمسی را تحریک کند، اما پارامترهای تحریک باید متناسب با الگوهای واکنش عصبی حلقه کاربر باشد، با تجزیه و تحلیل جزئیات چند مقیاس مغز در طول تحریک، محققان می توانند زمان و شدت احساسات مصنوعی را بهینه سازی کنند.

شناختی و گفتار BCI

فراتر از کنترل حرکتی، تجزیه و تحلیل سیگنال چند مقیاس عصبی در حال پیشرفت شناختی و گفتار BCIs. Decode تلاش برای سخنرانی از سیگنال های cortical نیاز به ثبت هر دو الگوهای طیف گسترده ای از تولید تلفن همراه و ساختار زمان بندی ظریف از هنر، روش های چند مقیاس است که شامل LFP های با فرکانس بالا و فعالیت های افزایش یافته است کاهش واژگان بالا از کار اخیر وو گسترش یافته است که حتی می تواند اثرات عصبی واقعی را در این روش های چند زبانه های ارتباطی ثابت کرده است که حتی می تواند نشان دهد.

چشم انداز بالینی و ترجمه

ترجمه تجزیه و تحلیل عصبی چند مقیاس از آزمایشگاه به کلینیک با چالش های مختلف (۱) فن آوری ضبط شده، مانند EEG، قابل حمل هستند، اما ارائه وضوح فضایی محدود است. آرایه های ردیابی حلقه های حرکتی وضوح بالا را ارائه می دهند، علاوه بر این نیاز به تجزیه و تحلیل چند منظوره دارند که می تواند تا حدودی این شکاف را با استخراج اطلاعات بیشتر از سیگنال های غیر تهاجمی، به عنوان مثال، با ترکیب EEG نزدیک به عملکرد (Fimical) بررسی می کنند.

مسیر های آینده

این زمینه به سمت ادغام بیشتر یادگیری ماشین، به ویژه خود نظارت و تقویت یادگیری، برای رسیدگی به مقدار گسترده ای از داده های چند مقیاس بدون نیاز به مهندسی ویژگی های دستی، آینده BCI ممکن است مدل های سازگار است که به طور مداوم به روز رسانی بر اساس دولت های مغز کاربر، مانند توجه یا خستگی، برای حفظ عملکرد بالا، هدف کلیدی دیگر است: به طور کامل ایمپلنت، سیستم های ایمنی عصبی و بی سیم کار می کنند، اگر چه در حال کار کردن داده های بزرگ و چه در حال انتقال داده های چند وقت واقعی هستند.

ملاحظات اخلاقی همچنین خواستار توجه هستند، زیرا دقت رمزگذاری شده، مسائل مربوط به حریم خصوصی، رضایت و پتانسیل سوء استفاده از داده های عصبی بیشتر می شود. تجزیه و تحلیل چند مقیاسی می تواند نه تنها نیت حرکتی را نشان دهد، بلکه همچنین حالت های شناختی یا واکنش های عاطفی را نیز نشان دهد، و سوالات مهمی را در مورد حفاظت از داده ها مطرح کند.این زمینه باید به طور فعال دستورالعمل های اخلاقی را توسعه دهد تا اطمینان حاصل شود که پیشرفت در ارتباطات مغز و رایانه بدون به خطر انداختن استقلال آنها سود می کند.

به طور خلاصه، پیشرفت های مداوم در تجزیه و تحلیل سیگنال های عصبی چند مقیاسی، ارتباطات طبیعی و موثر مغز و کامپیوتر را قادر می سازد تا با ترکیب بینش از مقیاس های زمانی و فضایی، محققان در حال طراحی رابط هایی هستند که می توانند اهداف پیچیده را رمزگشایی کنند، بازخوردهای حسی واقعی را ارائه دهند و با کاربران فردی سازگار شوند، زیرا تکنولوژی همچنان به پیشرفت ادامه می دهد، این سیستم ها به طور فزاینده ای از آزمایشگاه های تحقیقاتی به عمل بالینی منتقل می شوند، ارائه راه های جدید برای بهبود کیفیت شدید زندگی و بهبود کیفیت زندگی افراد.