神经编码记忆植入

(欧宝娱乐地址医学Xpress)——短路能力衰弱震动与植入刺激器疾病是令人惊异的。也是如此的耳蜗假肢恢复听力,而最近,视网膜植入物给盲人一些基本的感光能力。这些感觉运动恢复设备的逻辑扩展收敛更夸张的纯粹的认知implant-namely,内存假肢。目前,只有一个研究员,一直显示命令的技术将使这种装置成为可能。泰德·伯杰和他的团队从南加州大学,最近他们最初的开发扩展海马记忆装置在老鼠中,创建完整的额叶皮层植入灵长类动物。伯杰去年9月发表了这些研究的初步结果,《神经工程。今年6月,他将在全球期货了演讲嘉宾,2045年在纽约国际大会,将一些有远见的神经科学和人工智能。之前他跑了,仔细看看很重要他使用的方法,以及他们的假设可能的神经编码。

努力恢复记忆丧失由于阿尔茨海默病导致的像起搏器的植入刺激器的穹窿的患者。穹窿海马的主要输出道,反过来就是一个在多个组件,必须计算在哺乳动物内存系统。在灵长类动物中,相对扩大皮质结构,因此它们的重要性,导致伯杰开发一个设备可以工作在这个结构。一般的策略是“解码”神经元活动表层的皮层,这可能使必要的功能连接到更深的层神经元,并刺激这些更深层次的神经元的方式模仿他们通常会如何应对表面层输入处于健康的状态。

虽然这个计划肯定不捕获所有的基本行为给定地区的皮层,是不错的开始。深层的项目的皮层神经元之外的部分。他们的活动因此表示,至少在理论上,一个总结的,特定区域内发生了什么。方法是同时记录的上半部分和下半部分都层神经元的活动建立一个数据集的活动。然后使用数学方法“解码”不仅上层的活动,但也代表了更深一层的神经元活动的反应。

这些解码算法来自一个数学领域被称为非线性系统分析。他们最初开发,或者至少雅致,在冷战时期,跟踪和目标来袭导弹通过提取信号从嘈杂的雷达数据。对于上面提到的假肢为盲人,这些方法简化,这样他们可以在一个更实际的方式来表示活动的一大群细胞在视网膜上。伯杰南加州大学的合作者,Vasilis Marmarelis,是先锋的应用这些生物系统信号处理技术。当谈到在硅超大规模集成芯片实现这些方法简洁,南加州大学也被证明是一个地方的伯杰充足的资源。

虽然这些信号处理技术被称为“解码”算法,事实上,他们不代表任何一种神经代码。他们基本上把系统建模作为一个“黑匣子”只由输入和输出组成。他们不要试图包括任何潜在的生理的神经元。“神经代码”本身的想法有点用词不当。伯杰始于假设神经元的峰值准确反映感觉输入,电机输出,或介于两者之间。取决于特定的功能细胞,峰值假设神经元本身,外部的语境意义,因此可以作为媒介的记忆。

在现实中,峰值也反映了很多关于发生了什么在每个neuron-they的精力充沛的最终结果是细胞内活动。除了集成输入从每个的邻国,神经元的输出峰值的形式证明成千上万的细胞中线粒体的努力争夺每个分子氧和葡萄糖代谢的域。如果没有能源,没有上涨。神经元尽力保持平稳运行,但灵活性和响应能力的大部分来自于这对内外条件的敏感性细胞。任何试图描述一个代码一个神经元需要占这一事实做编码的细胞从时刻是不同的动物。

更换一块小的皮质的功能是一个好的开始。然而,它可能有点过早叫这样的装置植入一个实际的内存。伯杰计划压缩所需的所有硬件模拟,并刺激,神经元成小包装,可以容纳在头骨内,没有任何外部约束。他还展望与外科医生已经植入硬件在海马体的癫痫患者,并应用技术。迄今为止,大部分的实验研究都集中在恢复某种动物记忆能力受到质疑与药物降低性能。

对猴子的实验,可卡因是代理给降低皮质处理。使用可卡因代理你希望恢复局部产生影响和分层的皮质模拟显然不是一个完美的实验。明确测量性能的恢复在一个特定的任务重复训练动物完全是一个相当大的挑战。伯格和他的合作者,山姆Deadwyler,证明他们的设备可以用来把可卡因醉猴的性能符合正常的性能在延迟匹配的记忆测试。另一种解释的实验可能一样好,设备也会让一个方便的可卡因解药。恢复性能是一回事,但增加正常性能水平将是一个更大的技巧。

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