記者15日從中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所獲悉，來(lái)自該所和中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心的科研人員，開(kāi)發(fā)了一套實(shí)感智能計(jì)算-控制平臺(tái)。基于該平臺(tái)，他們?cè)趪?guó)際上首次實(shí)現(xiàn)對(duì)斑馬魚全腦十萬(wàn)級(jí)神經(jīng)元的實(shí)時(shí)監(jiān)控。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然·神經(jīng)科學(xué)》雜志。

全腦范圍單神經(jīng)元活動(dòng)成像技術(shù)，是解析大腦并行分布式計(jì)算原理的有力工具。然而，受限于數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理能力，該技術(shù)很難實(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)域快速射電暴檢測(cè)技術(shù)的啟發(fā)，科研人員建立了光學(xué)神經(jīng)信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)，即實(shí)感智能計(jì)算-控制平臺(tái)，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。

利用該平臺(tái)，研究團(tuán)隊(duì)首先實(shí)時(shí)監(jiān)控了斑馬魚的全腦神經(jīng)元，進(jìn)而快速提取和分析了斑馬魚的全腦神經(jīng)元活動(dòng)，同時(shí)對(duì)任意選擇的神經(jīng)元集群活動(dòng)進(jìn)行解碼，以控制外部器件。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。

實(shí)感智能計(jì)算-控制平臺(tái)的性能，在多個(gè)腦科學(xué)閉環(huán)研究場(chǎng)景下得到展示。比如，利用該平臺(tái)，研究人員實(shí)時(shí)將高維的全腦所有神經(jīng)元活動(dòng)降維到多個(gè)神經(jīng)元集群的活動(dòng)，并將任一集群的活動(dòng)與視覺(jué)環(huán)境閉環(huán)聯(lián)接，建立了基于光學(xué)成像、直接從腦神經(jīng)活動(dòng)到視覺(jué)環(huán)境的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。在該虛擬現(xiàn)實(shí)中，可以隨意調(diào)整神經(jīng)活動(dòng)與環(huán)境的相互作用，使控制環(huán)境的神經(jīng)元集群根據(jù)環(huán)境變化適應(yīng)性地調(diào)整其輸出。

據(jù)悉，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(kāi)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。