神經(jīng)植入物可以通過(guò)直接調(diào)節(jié)異常活動(dòng)來(lái)幫助治療帕金森病和癲癇等腦部疾病——多倫多大學(xué)的 Xilin Liu 正在與微電子和人工智能合作，以使這項(xiàng)新興技術(shù)更加安全和智能。
應(yīng)用科學(xué)與工程學(xué)院助理教授劉說(shuō)：“神經(jīng)元部分通過(guò)電信號(hào)相互交流，而治療性神經(jīng)植入物會(huì)產(chǎn)生電刺激——就像大腦的起搏器一樣。” “在震顫或癲癇發(fā)作的情況下，刺激試圖將神經(jīng)元恢復(fù)到正常狀態(tài)。
“就好像刺激會(huì)關(guān)閉和打開(kāi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)- 幾乎就像重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)一樣，盡管它絕對(duì)不是那么簡(jiǎn)單?？茖W(xué)家們還沒(méi)有完全理解它是如何工作的。”
劉的團(tuán)隊(duì)通過(guò)與制造當(dāng)今計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)中使用的芯片相同的工藝將神經(jīng)植入物集成到微型硅芯片中。這項(xiàng)技術(shù)被稱(chēng)為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的 CMOS，使他們能夠減小設(shè)備的物理尺寸和功耗，從而最大限度地降低與植入物的初始手術(shù)過(guò)程和長(zhǎng)期使用相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。
“我們開(kāi)發(fā)了許多新的微電子設(shè)計(jì)技術(shù)，例如具有電荷平衡的高精度電刺激，”劉說(shuō)。“我們?cè)噲D從許多不同的角度來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。”
Liu 是神經(jīng)技術(shù)中心 CRANIA 的成員，該中心是多倫多大學(xué)和大學(xué)健康網(wǎng)絡(luò)之間的合作項(xiàng)目，該中心匯集了電氣和計(jì)算機(jī)工程師以及神經(jīng)科學(xué)家、數(shù)據(jù)和材料科學(xué)家以及臨床醫(yī)生。他們一起研究改善大腦健康的方法并制定替代治療路徑，特別是對(duì)于那些對(duì)當(dāng)前藥物反應(yīng)不佳的人。
在最近的一個(gè)項(xiàng)目中，Liu 和他的團(tuán)隊(duì)試圖利用 AI 的力量來(lái)最大限度地提高植入物的臨床療效，并盡量減少過(guò)度刺激的不利影響。
該團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了一種稱(chēng)為深度學(xué)習(xí)(DL) 的 AI——這種算法經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后，可以在面對(duì)新數(shù)據(jù)時(shí)提取深層信息。事實(shí)證明，這些模型在識(shí)別傳統(tǒng)方法中經(jīng)常被忽視的隱藏生物標(biāo)志物方面特別強(qiáng)大，并且在檢測(cè)最佳時(shí)機(jī)時(shí)它們優(yōu)于傳統(tǒng)算法。
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