• 我的订阅
  • 科技

脑科学重大突破 中国团队实现斑马鱼全脑十万级神经元实时闭环研究

类别:科技 发布时间:2024-03-13 20:07:00 来源:每日看点快看

本文转自:中国新闻网

中新网北京3月13日电 (记者 孙自法)记者13日从中国科学院自动化研究所获悉,中国科学家团队最新合作研发出一套实感智能计算-控制平台,可快速提取和分析斑马鱼全脑神经元活动,实现全脑神经元集群活动的闭环调控。通过该技术突破,研究团队在国际上首次实现对斑马鱼全脑十万级神经元的实时监控,进而对任意选择的神经元集群活动进行解码,以控制外部设备。

脑科学重大突破 中国团队实现斑马鱼全脑十万级神经元实时闭环研究

实感智能计算-控制平台架构及利用该系统实施的光学脑机接口技术,通过大脑内部神经元集群的活动实现虚拟现实控制。中国科学院自动化所/供图

这一脑科学研究应用领域的重大突破成果,由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心杜久林研究员团队、中国科学院自动化研究所蒿杰研究员团队、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心穆宇研究员团队共同完成,已获得授权发明专利“光学脑机接口系统和方法”,标志着基于全脑单细胞光学成像的虚拟现实、光遗传调控等技术在脑科学闭环研究领域的应用迈出了关键一步。

在本项研究中,研究团队借助天文学领域的数据处理技术,采用FPGA-GPU(现场可编程门阵列-图形处理器)混合架构,成功对高达500MB/s(兆比特每秒)的大数据流神经功能数据进行实时配准、信号提取和分析。相关研究论文近日在国际专业学术期刊《自然-神经科学》(Nature Neuroscience)发表。

脑科学重大突破 中国团队实现斑马鱼全脑十万级神经元实时闭环研究

研究团队提供本项研究概念图:借鉴天文数据处理体系搭建的实时处理系统提取和解析了斑马鱼全脑的神经元活动,展现这一创新系统如何巧妙地将内在世界的神经活动与外部现实世界连接起来的迷人之处。中国科学院自动化所/供图

研究团队介绍说,全脑范围单神经元活动成像是解析大脑并行分布式计算原理的有力工具,但其巨大的数据实时处理需求已成为技术发展的瓶颈,导致难以实时分析以及在大尺度上闭环调控和研究脑功能。受天文学领域中快速射电暴检测技术的启发,并借鉴其系统设计策略,本项研究利用FPGA编程的灵活性建立光学神经信号预处理系统,对来自光学传感器的信号规整化,并将其发送给基于GPU的实时处理系统,进行高速非线性配准,提取各信道的神经信号,依据编码规则进行解码,以获得用于控制外部器件的反馈信号。

其研究结果显示,光学神经信号预处理系统通过实时监测斑马鱼全脑神经元的活动,生成反馈信号,反馈间隔小于70.5毫秒。同时,该系统性能可在3个脑科学闭环研究场景下得到展示:

一是闭环实时光遗传学神经调控。通过功能聚类识别全脑神经元集群,将选定集群的自发活动作为触发信号,实施实时光遗传学刺激于目标神经元集群。相对于开环,闭环刺激有效激活了下游脑区。

二是锁相的实时视觉刺激实验。通过对蓝斑去甲肾上腺素能系统活动的实时监测,在表征动物清醒状态的蓝斑兴奋时相上施加视觉刺激,观察到大脑中其他神经元的反应更为强烈。这表明,大脑状态可调节对视觉信息的处理,同时指出闭环感觉刺激有助于精确研究大脑内部状态与外界环境的相互作用。

三是全脑光学脑机接口实现的虚拟现实。实时将高维的全脑所有神经元活动降维到多个神经元集群的活动,并将任一集群的活动与视觉环境闭环联接,建立基于光学成像、直接从脑神经活动到视觉环境的虚拟现实系统。在该虚拟现实中,可以随意调整神经活动与环境耦合的增益,使控制环境的神经元集群根据增益变化适应性地调整其输出。

研究团队表示,依托大数据流的实时分析和高通量全脑成像技术,他们未来将进一步研究筛选适合光学脑机接口的神经群体活动特征,以揭示其机制,开发出更高效的光学脑机接口技术,推进脑科学研究范式的发展。(完)

以上内容为资讯信息快照,由td.fyun.cc爬虫进行采集并收录,本站未对信息做任何修改,信息内容不代表本站立场。

快照生成时间:2024-03-13 23:45:08

本站信息快照查询为非营利公共服务,如有侵权请联系我们进行删除。

信息原文地址:

...发了一套实感智能计算-控制平台,在国际上首次实现对斑马鱼全脑十万级神经元的实时监测与闭环脑机控制。相关研究成果近日在线发表于《自然·神经科学》杂志。该平台能够在高时空分辨率数
2024-03-20 17:38:00
突触发育也有昼夜节律性
...、代谢以及较多其他生物系统的功能。然而,除了在诸如斑马鱼幼鱼的细胞周期、果蝇的羽化以及哺乳动物肾脏器官形成中有少量报道外,关于生物钟是否以及如何调节生物体早期发育过程的认识相
2023-06-15 04:25:00
人类永生有了新进展?事儿太大,咱们捋捋…
...的国际合作计划,目标是: 在2020年完成十万级神经元的斑马鱼大脑介观图谱,2025年完成小鼠全脑介观图谱,2030年完成猕猴全脑介观图谱
2023-04-27 10:15:00
...生成和数学求解等智能任务,还能够模拟包括秀丽线虫、斑马鱼、小鼠以及猕猴等不同神经元规模的动物大脑。“悟空”类脑计算系统的推出,是浙大类脑计算团队在神经拟态计算领域的又一次突破
2025-08-05 22:18:00
...、内容生成、数学求解等任务,还能初步模拟秀丽线虫、斑马鱼、小鼠等不同神经元规模的动物大脑。此次“悟空”类脑计算系统的推出,还将为现有的计算场景提供新范式——比如在人工智能方面
2025-08-03 07:46:00
...:中国科学报我在哪儿,从哪里来,到哪里去科学家揭示斑马鱼“自我定位”神经回路本报讯 幼体斑马鱼在被洋流推离航道后如何追踪自己的位置并导航呢?研究表明,斑马鱼幼鱼能够弄清它们在
2023-01-04 06:00:00
...学安:孩子们盯着显微镜屏幕中闪烁的图像,近距离了解斑马鱼的大脑活动;5万多人线上线下共同参加“大脑智能的生物学”等科普讲座……近日,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心开展
2024-06-04 00:28:00
聚焦“头脑”问题,院士专家松山湖边展开“头脑风暴”
...”?人类能制造出“超级大脑”吗?一直以来,科学界将脑科学称为“人类科学最后的前沿”,认识脑的奥秘也被认为是对人类的“终极挑战”。为搭建前沿科学学术交流平台,助力粤港澳大湾区国
2023-04-28 14:14:00
...:中国科学报中国科学院院士赵继宗:网络神经外科将成脑科学转化研究纽带■本报记者 张思玮“进入21世纪,随着脑科学研究不断取得新突破,人工智能、医学影像、微创手术技术等生物医学
2024-06-17 00:35:00
更多关于科技的资讯:
普阳钢铁工程机械用高强高韧宽厚板全国市场占有率名列前茅一块宽厚板的靶向发力——“铁疙瘩”怎样变成“金娃娃”(十)从矿山到港口
2025-10-05 07:47:00
人气旺 厦门多个商场假日客流爆棚、销售额亮眼
集美大悦城商圈内,小朋友和机器人亲密互动。(本组图/厦门日报记者 黄晓珍 摄)国庆中秋假期, 厦门SM购物中心潮玩店内人气火爆
2025-10-04 09:20:00
省数据和政务服务局发布公告公开征集一批河北省高质量数据集河北日报讯(记者解楚楚)9月26日,河北省数据和政务服务局发布公告
2025-10-04 08:03:00
央媒看太原9月30日,央视财经频道《经济信息联播》栏目以《双节市场备货足美食特产受青睐》为题,报道了假期到来,太原市各大综合市场提前备货
2025-10-04 07:17:00
厦门网讯(厦门日报记者 朱道衡)近日,2025鼓浪屿世遗文创作品征集活动启动。此次活动面向全国(含港澳台地区)高校、企业
2025-10-03 08:37:00
厦门网讯(厦门日报记者 楚燕 通讯员 石青青)长假期间,许多人从忙碌的工作中解脱出来,趁机好好休息。可是,如果休息方式不得当
2025-10-03 08:37:00
渤海之潮涌动着澎湃的脉搏,海河之畔镌刻着科技的印记。10年前,一颗带有“清华”基因的种子在天津这片沃土扎根;10年后,它长成一棵枝繁叶茂的参天大树
2025-10-03 09:25:00
太燃了!无人机空中展旗!高新区国庆“氛围组”已上线!
2025-10-03 23:48:00
抖音生活服务联合北京卫视发起“老板驾到”直播活动,吸引用户下单超100万元团购券
9月29日,抖音生活服务联合北京卫视发起“老板驾到”直播活动,助力北京国庆中秋消费。抖音用户在@北京卫视 直播间下单超1万次
2025-10-03 18:36:00
“FutureBOT未来引力”2025北京机器人文化节首日盛况 打造国庆科技打卡新地标
国庆首日,“FutureBOT未来引力”2025北京机器人文化节在北京昌平超极合生汇正式拉开帷幕,成为国庆假期极具科技温度的打卡地
2025-10-03 19:06:00
走到白石山巅的尽头,这家建在悬崖边的“云端咖啡厅”绝对让你惊呼。
2025-10-03 11:37:00
泰康人寿发布新品“泰康百万药无忧(庆典版)医疗保险”(以下‬简称“百万药无忧”),以广覆盖、易投保、强保障、低费率为优势
2025-10-03 09:17:00
厦门网讯(厦门日报记者 翁华鸿 通讯员 林雨新)在近日举行的2025全球数据管理峰会“数据要素分论坛暨大数据统计与人工智能技术创新管理研讨会”上
2025-10-03 08:38:00
兴趣-实践-视野:达芬奇金奖少年带来的教育启示录
摘要:2025“你是达芬奇”全球青少年科学与艺术创新赛圆满落幕,其中金奖获奖少年的亲身实践告诉我们,在AI赋能的新时代
2025-10-02 16:22:00
单日调用近1万亿次,高德助力北斗规模化民用跨入新量级
2025年10月1日,随着国庆长假首日出行高峰的到来,高德基于北斗卫星导航系统的定位数量接近1万亿次,支撑导航总里程数超90亿公里
2025-10-02 22:31:00