腦科學研究重大突破

    我實現斑馬魚腦神經實時監控

    【中新社北京十三日電】中國科學院自動化研究所十三日消息，中國科學家團隊最新合作研發出一套實感智能計算——控制平台，可快速提取和分析斑馬魚全腦神經元活動，實現全腦神經元集群活動的閉環調控。通過該技術突破，研究團隊在國際上首次實現對斑馬魚全腦十萬級神經元的實時監控，進而對任意選擇的神經元集群活動展開解碼，以控制外部設備。

    這一腦科學研究應用領域的重大突破成果，由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心杜久林研究員團隊、穆宇研究員團隊和中國科學院自動化研究所蒿傑研究員團隊共同完成，已獲得授權發明專利“光學腦機接口系統和方法”，標誌着基於全腦單細胞光學成像的虛擬現實、光遺傳調控等技術在腦科學閉環研究領域的應用邁出了關鍵一步。

    相關研究論文近日在國際專業學術期刊《自然——神經科學》發表。

    研究團隊介紹說，全腦範圍單神經元活動成像是解析大腦並行分佈式計算原理的有力工具，但其巨大的數據實時處理需求已成為技術發展的瓶頸，導致難以實時分析以及在大尺度上閉環調控和研究腦功能。受天文學領域中快速射電暴檢測技術的啟發，並借鑒其系統設計策略，本項研究利用FPGA編程的靈活性建立光學神經信號預處理系統，對來自光學傳感器的信號規整化，並將其發送給基於GPU的實時處理系統，開展高速非線性配準，提取各信道的神經信號，依據編碼規則進行解碼，以獲得用於控制外部器件的反饋信號。

    其研究結果顯示，光學神經信號預處理系統通過實時監測斑馬魚全腦神經元的活動，生成反饋信號，反饋間隔小於七十點五毫秒。同時，該系統性能可在閉環實時光遺傳學神經調控、鎖相的實時視覺刺激實驗、全腦光學腦機接口實現的虛擬現實三個腦科學閉環研究場景下得到展示。

    開發高效腦機接口

    研究團隊表示，依託大數據流的實時分析和高通量全腦成像技術，他們未來將進一步研究篩選適合光學腦機接口的神經群體活動特徵，以揭示其機制，開發出更高效的光學腦機接口技術，推進腦科學研究範式的發展。