הביקוש הגדל להעברת נתונים נזלת

כמו ממשקי מחשב במוח (BCIs) ו שתלים הקלטה עצבית גבוהים נעים ממעבדות מחקר ועד יישומים קליניים וצרכנניים, נפח ה-Sheer של נתונים שנוצרו על ידי מכשירים אלה הפך לאתגר הנדסי מרכזי. A יחיד 1024-ערוצי בדיקה עצבית ב-30 kHz יכול לייצר מעל 30 מיליון דגימות לשנייה.

קומפרסציה חייבת לשמר את הפעילות המפחידה של נוירונים בודדים, פוטנציאלי שדה מקומיים, ותכונות רלוונטיות ביולוגית אחרות תוך צמצום באופן אגרסיבי של אלגוריתמים דחיסה אובדן מקובלים על וידאו או אודיו הם לעתים קרובות בלתי מתאימים כי העיוות הקטן ביותר יכול להשחית את הספיד או למחוק אירוע עצבי של משמעות קלינית. מאמר זה חוקר את המגבלות הייחודיות של מערכות עצביות רוחב פס וסקר את האסטרטגיות החדשניות ביותר - החל מגישות למידה מסורתיות - אשר מאפשרות לשנות את הגישות למידה מתקדמות - אשר הן לדוחפות את הגבולות המודרניים.

אתגרים בסיסיים ב-Nural Compression

כפל נתונים לעומת Compression Ratio

כל שיטת דחיסה מציגה פער בין כמה הנתונים מופחתים לבין כמה מדויק האות המקורי ניתן לשחזר.בהקלטה עצבית, הדחיסה הנדרשת היא גבוהה באופן יוצא דופן.יחס של 10:1 עשוי להיות מקובל על פוטנציאלי שדה מסוימים, אבל אותו יחס יכול להרוס את היכולת לזהות פוטנציאל פעולה מנוירונים בודדים.

זמן אמת ומגבלות כוח

מערכות מוגבלות בנדוויד - בין אם הן אלחוטיות BCIs עבור מטופלים משותקים, ראשי EEG ניידים, או אבק עצבי מושתל - משתפות תחת תקציבי חשמל קפדניים. אלגוריתמים של קומפרס חייב לרוץ על מעבדי אותות דיגיטליים בעלי עוצמה נמוכה או מעבדים מותאמים אישית ASICs כי לצרוך מיקרו-וואט, לא מילימטרים כמו אופטימיזציה או מחדש רשתות עצביות לעתים קרובות מבוצעים על ידי דחיסה מינימלית, כלומר, כלומר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000, 000 דחיסה, 000 דחיסה, לא דחיסה, לא דחיסה 1 דחיסה, 000 דחיסה, לא דחיסה 1 דחיסה, לא דחיסה, לא דחיסה 1 דחיסה 1 דחיסה דחיסה קומפקטית, לא דחיסה 1 קומפקטית דחיסה 1 קומפקטית, לא דחיסה דחיסה דחיסה קומפקטית.

רעש רובוסטנס ואומנות

הקלטות נילי הן רועשות לשמצה.רעש המילולי, חפצים בתנועה, והתערבות חשמלית של מכשירים אחרים יכול להשחית את האות. אלגוריתמים של אלגוריתמים שאינם מודעים לרעש עלולים להגביר חפצים או לא לקוד את המידע העצבי הבסיסי.גישות מודרניות חייבות לשלב צעדים עיבוד מראש כגון סינון, דחייה, או מיצוי איתן לפני דחיסה, כל תוך שמירה על רוחב הפס והתקציב.

טכניקות מתפתחות ב-Nural Data Compression

Autoencoders for Efficient Neural Encoding

(המכונה: FPencoders, מחלקה של רשתות עצביות אשר הוכשרו לשחזר את קלטיהם באמצעות שכבת צוואר בקבוק, הפכו כלי רב עוצמה לדחיסת אותות עצביים.על ידי למידה של FLT:0compact Latent ייצוג מאוחר יותר של נתונים גולמיים, נוגדנים אוטומטית יכולים להשיג יחסי דחיסה גבוהים תוך שמירה על צורות ספייקט ומידע תזמון.

ספיידר קולינג ו-Compressed Sensing

(הופנה מהדף SCRINGINGS ON THE UNDSINGS ON THE TERS TERS RECTIONS AND DICINGS TERS INGS ON THE TERCINGS AND DICTORS (למשל, גלונים או אטומים), כל אחד מקטעי האותות יכולים להיות מיוצגים כשילוב ליניארי של רק כמה אלמנטים של מנרטורפים.

דחיסה מבוססת גלים עם תנוחות הסתגלות

שינויים גליל היו ארוכים כגורם דחיסת אות (למשל, JPEG 2000) כי הם המקומיים לבצע את המידע בשני הזמן והתדירות. עבור אותות עצביים, גל הכרית (DWT) יכול לפסול את ההקלטה ל- sub-bands, ו- coefficients מתחת לסף מסוים יכול להיות מחוספס.

Transformer and Attention- Based Compression

אדריכלות הטרנספורמציה, אשר מהפכה עיבוד שפה טבעית וחזון מחשב, היא עכשיו מותאמים לדחיסת אות עצבית.על ידי מינוף מנגנונים של כוונות עצמיות, מהפך קודרים יכול ללכוד תלות ארוכת טווח - כגון הקשר בין הספייק לבין תקופת הדחיסה שלאחר מכן - כי מודלים פשוטים יותר של טיפול תרופתי מראה כי מהפך קל משקל עם מסיכה יכול להיות בינוני של 40 לחץ דם גבוה יותר;

דחיסה של Native Domain Compression: שילוב זמן ותדירות

לא תחום אחד הוא אופטימלי עבור כל סוגי אותות עצביים.מגמה עדכנית היא דחיסה היברידית שמתפצלת את האות לרכיבים: אחד המכיל את פעילות הספייק רחב ועוד המכילה את הפוטנציאלים המקומיים איטיים יותר (LFPs) כל רכיב מוחסם באמצעות דומיין שמתאים למאפיינים שלו.לדוגמה, ספייקטים עשויים להיות מקודדים באמצעות עומס גלישה ונופי גל קטן (משחק זמני), בעוד שהופך את ה-Facterction או ליתר דיוקים ל-Fer1 ל-D.

תגיות Bandwidth-Limited Systems

על צ'יפ לעומת OUT-Chip Compression

ירידה בדחיסה מתרחשת היא בחירה קריטית של מערכת עיצוב מערכת.על שבב דחיסה מפחיתה את כמות הנתונים שיש להעביר על פני הקישור האלחוטי, הורדת צריכת חשמל והתערבות.עם זאת, היא מציבה נטל חישובי כבד על השתל, אשר חייב להיות זעיר, כוח נמוך, והתאמה ביולוגית של דחיסה על בסיס בסיס לאחר נתונים גולמי מועבר, משמר את המורכבות של תחנת כוח גולמי בטווח הקצר (p-יתר) או ירידה קלה יותר של 2.

« « « « « « « « « « « « «»Texry Constraints

[המגבלות] מוכתבות על ידי הפרוטוקול האלחוטי - בעיקר Bluetooth Low Energy (BLE), המציע בערך 1-2 Mbps, או קישורים אולטרה-רחבים מותאם אישית (UWB) שיכולים להגיע לעשרות מ"מ, אך לצרוך יותר כוח.עבור השתלות גבוה יותר, אפילו UWB עשוי להיות לא מספיק ללא אלגוריתם דחיסה אגרסיבית:0near-Fed, אם כי אם כי אם כן, יש צורך ב-Freative, או לחץ גבוה יותר, אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כן, לחץ על גודל גבוה יותר גבוה יותר, או נמוך יותר גבוה יותר, לחץ על גודל של מערכת יחסים בין אם כי הוא גבוה יותר, אפילו גבוה יותר, ייתכן ש-Frip2 מקבצי לחץ על גודל של לחץ על פני שטח גבוה יותר גבוה יותר גבוה יותר, אפילו דחיסה-Fic גבוה יותר, ייתכן ש-Fic, ייתכן ש-Frip2 מקבצי לחץ על פני שטח גבוה יותר, אפילו גבוה יותר, ייתכן ש-Factyv2 מקבצי לחץ על גודל נמוך יותר, אפילו גבוה יותר, אפילו גבוה יותר, ייתכן ש-p2 מקבצי לחץ על גודל גבוה יותר, אפילו דחיסהלחץ על גודל של דחיסה-

הבטחת רובוסטנטיות לערוץ שגיאות

שידור אלחוטי הוא נוטה לחבילות אובדן וטעויות מעטות.עבור נתונים עצביים לא מחוסנים, טעות קטנה אחת עלולה להשפיע רק על מדגם אחד, אבל bitstreams דחוסים לעתים קרובות להשתמש בקידוד באורך משתנה או קידוד, שבו שגיאה אחת יכולה להשחית בלוק שלם.

כיוונים עתידיים ויישומים

זמן קצר סגור-Loop BCI

דחיסה יעילה חיונית עבור סגור-loop BCIs כי חייב לעבד אותות עצביים ולספק גירוי או שליטה ⁇ עם קיבולת של תת- 100-מילימטרית שנייה.טכניקות דחיסה מתקדמות יאפשרו ספירות ערוץ גבוהות יותר (אלפי אלקטרודות) להיות זרם אלחוטי, המאפשר שליטה טבעית ודקנית יותר של דחיסות.

מעקב אלחוטי לאבחון קליני

במחקרי מעקב אפילפסיה או שינה, מטופלים לובשים EEG caps או שתלים תת-עורניים במשך ימים או שבועות. Compressing הנתונים על-ידי הסימון מאפשר הקלטה לטווח ארוך ללא שינויים תכופים בסוללה או מחשבים חיצוניים רבים. אלגוריתמים הסתגלותיים אשר מתאמתים את שיעורם על בסיס הפעילות העצבית מזוהה (למשל, דחיסה פחות במהלך התקף אפיפטי) יכולים להאריך את חיי הסוללה באמצעות סדרי גודל תוך הבטחת אירועים קליניים רלוונטיים עם דחיסה קלינית.

High- Throughput Neural Recording in Basic Research

(החומרים הנוירויים, היכולת להקליט בו זמנית מעשרות אלפי נוירונים בבעלי חיים הפועלים בחופשיות היא ההמולה הקדושה.המדכאה היא המפתח להגדלת צוואר הבקבוק של רוחב הפס במערכות אלחוטיות בעלות ראש.הפלטפורמות החד-צדדיות כמו FLT:0NuralynxFLT:1 ו-FLT:2 Intanph3 הם חקרו את האינטגרציה של מעבדים-chidericericericeric, או דחיסות של נתונים חיוניים אחרים, אשר ניתן להשיג נתונים LT5 LT5 ⁇ FLT5 .

הסתגלות עצמית ולימוד עצמי

הכיוון המרגש ביותר הוא פיתוח אלגוריתמים דחיסה כי FLT:0 באופן בלתי רציונאלי להסתגל 1FIRLT לסטטיסטיקות של האות העצבי.לדוגמה, סחף באלקטרודה או המראה של דפוס יורה חדש יכול לגרום לאוטומטי לפתח אותות קטנים של דחיסה, שמירה אופטימלית מבלי לדרוש עדכון חיצוני מלא כזה יכול להיות מתפתח במיוחד עבור שינויים עצביים, אפילו על ידי למידה יעילה על פני דחיסה מהירה יותר על פני דחיסה של חודשים.

מסקנה

דחיסת אותות עצבית עברה מנושא מחקר נישה לדיסציפלינה מרכזית ב- Neurotechnology.ספקטרום הגישות - ממכשירים קלאסיים של סף גל ודחוסים לאוטומטים מודרניים והופכים - offers a Toolkit עשיר עבור קידוד רוחב הפס של מערכות הגנה אלחוטיות-לוחיות של מערכות בקרה עצביות-מערכת דחיסה עצבית-מרחבית, כל שיטה מגיעה עם דחיסות מסחר משלהן בין יחס, שחזור, חישוביות, וביקוש יעיל יותר, וביקוש בפועל, ואפקטים מרובים, ואפקטיביים קריטי, לעתים קרובות יותר, ואפקטים חיוניים, כדי לפתח את עצמם.

  • (FLT:0) דחיסה מתאימה בזמן אמת, 1FLT:1ua באמצעות מודלים המבוססים על תשומת לב בחומרה בעלת כוח נמוך.
  • (ב) ,0) ג'וינט יוצר ערוצים של ערוץ המקור (Joint Source CodingFLT) 1 כדי לשפר את האמינות בסביבה אלחוטית רועשת.
  • (ב) ,0) על-ידי למידה (בקיצור: 1) כדי לשמור על ביצועים לאורך חיי המכשיר.
  • (ב) דחיסה בינונית (Multi-modal דחיסה 1) שמשלבת אותות עצביים עם קדרמטריה או נתונים אחרים של חיישן.
  • (ב) ,0) , מיפוי קוד פתוח (ב) , לדוגמה, (ב-FLT:2Neural Compression ToolkitFLT 3: 3) כדי להאיץ את הכדאיות ושיתוף הפעולה.

לקריאה נוספת, ראה את הביקורת על ידי FLT:0,Musk et al. על אתגרים אלחוטיים BCI אתגרים veFLT:1 ואת ההתקדמות האחרונה ב FLT:2 מערכות הקלטה עצבית חכמים מיפוי 3.