Como registrar 1 milhão de neurônios em tempo real
Um novo método inovador pode permitir aos cientistas traduzir as informações provenientes de mais de 1 milhão de neurônios de uma vez, bem como decodificar a atividade conforme ela acontece.
Nas últimas décadas, a quantidade de dados produzidos na vida cotidiana explodiu.
Por exemplo, quando você anda na rua, seu telefone celular coleta informações sobre quantos passos você deu.
Quando você compra algo em uma loja com seu cartão, o banco sabe o que você comprou, quanto custou e onde você estava.
Da mesma forma, a loja sabe se você já comprou algo semelhante lá antes.
Os dados podem ser coletados com mais eficiência do que nunca, mas o desafio agora é entender o que devemos fazer com eles (se houver). Temos os números - mas eles têm alguma utilidade para nós?
Um salto gigante para a neurociência
A situação é semelhante na neurociência, em que grandes avanços foram feitos no sentido de coletar grandes quantidades de dados do cérebro. Os cientistas agora podem ouvir e se comunicar com um grande número de células cerebrais ao mesmo tempo.
Embora esse avanço tenha se mostrado útil no diagnóstico, tratamento e pesquisa, seu potencial completo ainda não foi realizado. A velocidade com que os dados podem ser processados depois de coletados ainda é um obstáculo significativo.
O processamento de dados está rapidamente se tornando um gargalo para os avanços feitos em outras áreas da neurociência. Por exemplo, se os dados do cérebro pudessem ser coletados e entendidos em tempo real, grandes saltos poderiam ser dados no controle dos braços do robô em pessoas paralisadas, ou mesmo ajudando a prever ataques epilépticos iminentes.
Para que esses objetivos sejam alcançados, vastos oceanos de dados devem ser analisados e computados muito rapidamente.
Pesquisadores do Centro de Pesquisa Neuronano da Universidade de Lund, na Suécia, têm trabalhado nesse problema. Eles criaram um método que tem o potencial de se comunicar em tempo real com milhões de células nervosas.
Suas descobertas foram publicadas recentemente no jornal Neuroinformática.
Seu sistema não apenas podia ouvir a vibração das células cerebrais, mas também poderia traduzi-la em uma saída significativa quase que instantaneamente - dentro de 25 milissegundos. O segredo desse novo recurso é um formato de dados específico denominado Formato de Dados Hierárquicos e um processo conhecido como codificação de bits.
“A recodificação dos sinais das células nervosas diretamente no código de bits aumenta drasticamente a capacidade de armazenamento. No entanto, o maior ganho é que o método nos permite armazenar as informações de uma forma que as torne imediatamente disponíveis para os processadores dos computadores. ”
Jens Schouenborg, professor de neurofisiologia, Centro de Pesquisa Neuronano
O futuro da neurociência
Martin Garwicz - que também é professor de neurofisiologia no Centro de Pesquisas Neuronano - explica como seu método está muito à frente de outras intervenções (como o eletroencefalograma, em que eletrodos são colocados no couro cabeludo).
“Imagine que você quer ouvir o que 10 pessoas na sala ao lado estão falando. Se você ouvir encostando o ouvido na parede, vai ouvir apenas murmúrios, mas se colocar um microfone em cada pessoa na sala, isso transforma sua capacidade de entender a conversa ”, afirma.
“E então”, acrescenta Garwicz, “pense em ser capaz de ouvir um milhão de pessoas, encontrar padrões no que é comunicado e responder instantaneamente a isso - é isso que nosso novo método torna possível”.
Essa nova metodologia permite o tráfego de mão dupla: as mensagens das células nervosas podem ser agrupadas e as respostas podem ser enviadas de volta. A tecnologia depende da forma como o tráfego é transformado em bitcode.
“Um benefício considerável desta arquitetura e formato de dados é que não requer tradução adicional, uma vez que os sinais do cérebro são traduzidos diretamente para o código de bits. Isso significa uma vantagem considerável em toda a comunicação entre o cérebro e os computadores, principalmente no que diz respeito às aplicações clínicas. ”
Bengt Ljungquist, principal autor do estudo
No futuro, esse modelo pode ajudar a neurociência a fazer grandes avanços. Embora as interfaces cérebro-máquina e cérebro-computador tenham melhorado muito nos últimos anos, muitas vezes elas se deparam com um obstáculo no que diz respeito ao processamento de dados.
Se o sistema de código de bits for bem-sucedido, este bloco pode ser desviado de seu caminho.
