中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心杜久麗課題組、穆宇課題組以及自動化研究所郝杰課題組在《自然神經(jīng)科學(xué)》雜志上發(fā)表的一項研究中，利用數(shù)據(jù)處理技術(shù)天文學(xué)技術(shù)和現(xiàn)場可編程門陣列圖形處理單元 (FPGA-GPU) 混合架構(gòu)，可對高達(dá) 500MB/s 的數(shù)據(jù)流執(zhí)行實時配準(zhǔn)、信號提取和分析。
他們首次實現(xiàn)了斑馬魚大腦中數(shù)十萬個神經(jīng)元的實時分析，從而能夠解碼任意選擇的神經(jīng)元群的活動以控制外部設(shè)備。
全腦神經(jīng)元活動成像是破譯大腦原理的有力工具。然而，其龐大的數(shù)據(jù)處理需求已成為瓶頸，使得腦功能的實時分析和閉環(huán)研究面臨挑戰(zhàn)。
受天文學(xué)中快速射電爆發(fā)探測技術(shù)的啟發(fā)，研究人員采用FX系統(tǒng)的設(shè)計，并利用FPGA編程的靈活性，建立了光學(xué)神經(jīng)信號預(yù)處理系統(tǒng)。
該系統(tǒng)對來自光學(xué)傳感器的信號進(jìn)行正則化，并將其發(fā)送到基于GPU的實時處理系統(tǒng)，以進(jìn)行高速非線性配準(zhǔn)、神經(jīng)信號提取和解碼，并獲得用于控制外部設(shè)備的反饋信號。
該系統(tǒng)通過連續(xù)監(jiān)測斑馬魚全腦神經(jīng)元的活動來產(chǎn)生反饋信號，反饋延遲小于70.5毫秒。
該系統(tǒng)的性能在三個閉環(huán)腦科學(xué)研究場景中得到了展示：鎖定任意選擇的神經(jīng)元群活動的實時光遺傳學(xué)刺激、鎖定特定大腦功能狀態(tài)的實時視覺刺激以及直接驅(qū)動的虛擬現(xiàn)實大腦中的神經(jīng)元活動。
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