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【環(huán)球網(wǎng)科技綜合報(bào)道】3月14日消息，據(jù)中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所消息，受天文數(shù)據(jù)處理體系啟發(fā)，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所與中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心合作研發(fā)實(shí)感智能計(jì)算-控制平臺(tái)，可快速提取和分析斑馬魚全腦神經(jīng)元活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元集群活動(dòng)的閉環(huán)調(diào)控。

該研究借助天文學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，采用FPGA-GPU混合架構(gòu)，成功對(duì)高達(dá)500MB/s的大數(shù)據(jù)流神經(jīng)功能數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)配準(zhǔn)、信號(hào)提取和分析。通過這一技術(shù)突破，研究團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)斑馬魚全腦十萬(wàn)級(jí)神經(jīng)元的實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)而對(duì)任意選擇的神經(jīng)元集群活動(dòng)進(jìn)行解碼，以控制外部設(shè)備。這一成果標(biāo)志著基于全腦單細(xì)胞光學(xué)成像的虛擬現(xiàn)實(shí)、光遺傳調(diào)控等技術(shù)在腦科學(xué)閉環(huán)研究領(lǐng)域的應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。

據(jù)介紹，全腦范圍單神經(jīng)元活動(dòng)成像是解析大腦并行分布式計(jì)算原理的有力工具，但其巨大的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理需求已成為技術(shù)發(fā)展的瓶頸，導(dǎo)致難以實(shí)時(shí)分析以及在大尺度上閉環(huán)調(diào)控和研究腦功能。受天文學(xué)領(lǐng)域中快速射電暴檢測(cè)技術(shù)的啟發(fā)，并借鑒其系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略，本項(xiàng)研究利用FPGA編程的靈活性建立光學(xué)神經(jīng)信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)，對(duì)來(lái)自光學(xué)傳感器的信號(hào)規(guī)整化，并將其發(fā)送給基于GPU的實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，進(jìn)行高速非線性配準(zhǔn)，提取各信道的神經(jīng)信號(hào)，依據(jù)編碼規(guī)則進(jìn)行解碼，以獲得用于控制外部器件的反饋信號(hào)。

依托大數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)分析和高通量全腦成像技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)未來(lái)將進(jìn)一步研究篩選適合光學(xué)腦機(jī)接口的神經(jīng)群體活動(dòng)特征，以揭示其機(jī)制，開發(fā)出更高效的光學(xué)腦機(jī)接口技術(shù)，推進(jìn)腦科學(xué)研究范式的發(fā)展。

相關(guān)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(fā)表于《自然·神經(jīng)科學(xué)》（Nature Neuroscience）。