Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Большая витрина: от крупнейших школ до частных авторов. Сравнивайте по цене, длительности, формату и выбирайте самый подходящий курс!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 21
Напишите несколько подробнее о перспективах этой технологии для решения насущных проблем. Можно ли подключить к сердцу этот датчик? Если ли противопоказания и сколько он стоит?
Пока это все лабораторные исследования на животных. К насущным проблемам человека перейдут только после FDA, но, судя по используемым технологиям, это будет упрощенная сертификация, и на людей тоже скоро перенесут. Принципиально, главное приложение для человека — это нейропротезы, так что, думаю, что нас ожидают более качественные реализации существующих задач BCI. К сердцу нельзя, оно слишком подвижно механически, это его основная роль. Для сердца используют пленочные электроды. А противопоказания использования, в первую очередь, лежат в рамках этики, потому что это сильно инвазивный метод. Исследования должны быть одобрены специальным комитетом. Стоит сама проба около $1000, но, на сколько мне известно, там очередь в предзаказах, прям как на бф.
Помнится, Наталья Бехтерева применяла пучки микроэлектродов. А тут один электрод пучок, так?
И еще вопрос: разве патч-клэмп электрод помещается внутрь клетки? Всегда думал, что он к ней присасывается, нет?
И еще вопрос: разве патч-клэмп электрод помещается внутрь клетки? Всегда думал, что он к ней присасывается, нет?
Здесь на одной кремниевой игле очень плотно расположено несколько сотен/тысяч электродов. В перспективе это позволяет отслеживать индивидуальную активность каждого нейрона, расположенного в близости зонда. Вот фотка:
Патч действительно просто присасывается, но после того, как мембрана разрывается пипеткой, внутренность клетки электрически соединяется с электродом патча.
Патч действительно просто присасывается, но после того, как мембрана разрывается пипеткой, внутренность клетки электрически соединяется с электродом патча.
Вот с терминологией как раз проблемы. Почему такое странное название, «проба» (probe), чтобы отделять его от более широкого «электрода», который может обозначать, как один проводок, так и целое устройство со многими сайтами регистрации. Тут как раз все устройство содержит сразу много (900+) сайтов регистрации, причем, сохраняя общие габариты устройства невероятно миниатюрными в рамках одной имплантируемой «иглы». Меньше повреждений при имплантации, больше живой ткани, лучше сигнал. Так что да, можно назвать «один электрод пучок», потому что, эта технология логически развивает пучки из нескольких проводков.
По поводу патча так. Если это режим целой клетки (whole cell), то ионный раствор в пипетке и в клетке объединены, и сигнал будет определяться разностью потенциалов внутри и снаружи клетки. Так что электрически патч-электрод «внутри» клетки, даже если физически это не так.
По поводу патча так. Если это режим целой клетки (whole cell), то ионный раствор в пипетке и в клетке объединены, и сигнал будет определяться разностью потенциалов внутри и снаружи клетки. Так что электрически патч-электрод «внутри» клетки, даже если физически это не так.
Почему такое странное название, «проба» (probe)
Переводится как «зонд». Вполне подходящее название.
Спасибо за статью.
Вопрос немного вбок: перспективна ли технология Neuropixels как долговременное решение — например, для управления протезами? Или со временем близлежащие нейроны гибнут, игла обрастает капсулой и связь теряется?
Вопрос немного вбок: перспективна ли технология Neuropixels как долговременное решение — например, для управления протезами? Или со временем близлежащие нейроны гибнут, игла обрастает капсулой и связь теряется?
1. Преимущество нейропикселей в том, что плотность сайтов большая и усиление проводится максимально близко к сайтам. В этом плане, да, перспективна.
2. Это вопрос более общий. О любой имплантации в мозг. Когда инородное тело попадает в ткань, то оно обрастает соединительной тканью. Эта естественная реакция называется фиброз, и она является одной из огромных болей в нейропротезировании. И там примерно такая динамика: сразу после введения сигнал хороший, потом он постепенно деградирует, а потом через пару месяцев восстанавливается и стабилизируется на года. Сигнал уже не такой хороший, как сразу после введения, но лучше, чем через месяц. Покрытие биосовместимыми материалами, уменьшение размеров импланта, изготовление имплантов из «мягких» материалов уменьшает фиброз. Как-то так.
Почему-то не могу найти красивую картинку по мозгу, но вот прогресс реакции на инородное тело в нерве. В мозгу проходит подобная же реакция
www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5592213
2. Это вопрос более общий. О любой имплантации в мозг. Когда инородное тело попадает в ткань, то оно обрастает соединительной тканью. Эта естественная реакция называется фиброз, и она является одной из огромных болей в нейропротезировании. И там примерно такая динамика: сразу после введения сигнал хороший, потом он постепенно деградирует, а потом через пару месяцев восстанавливается и стабилизируется на года. Сигнал уже не такой хороший, как сразу после введения, но лучше, чем через месяц. Покрытие биосовместимыми материалами, уменьшение размеров импланта, изготовление имплантов из «мягких» материалов уменьшает фиброз. Как-то так.
Почему-то не могу найти красивую картинку по мозгу, но вот прогресс реакции на инородное тело в нерве. В мозгу проходит подобная же реакция
www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5592213
Верно ли я понимаю, что у проб типа нейропикселя точность регистрации сигнала значительно превосходит точность стимуляции (если подать на какой-нибудь участок иглы разность потенциалов, ПД дадут сразу несколько близлежащих нейронов)?
Если так, то насколько всё плохо и какие есть пути решения этой проблемы?
Если так, то насколько всё плохо и какие есть пути решения этой проблемы?
С электрической стимуляцией вообще все очень сложно. С нейропикселя стимулировать не получится, потому что это уже активная проба. Но если откатиться чуть назад, когда пробы были чисто пассивными, то их активно использовали для регистрации и стимуляции. Там борьба идет, в первую очередь, за время переходных процессов: чтобы переключение между режимами стимуляции и регистрации происходило максимально быстро, характерные времента там ~50мкс. Если не переключать режимы, усилитель может выгореть, потому что напряжения стимуляции достигают до ~100В. Потом, борьба идет за электронейтральность: стимулирующий пульс должен в сумме давать 0 тока, это важно, потому что компенсировать натекший заряд через высокоомные сайты бывает сложно. И наконец, вопрос пространственной локализации. При электрической стимуляции у вас одновременно будут активироваться множество клеток, и их количество будет измеряться сотнями. К тому же, вы точно задеваете аксоны, связанные с другими клетками, поэтому распространение активности в точности предсказать невозможно. Но это все равно точнее неинвазивных методов стимуляции (типа TMS), когда активация происходит в области нескольких кубических миллиметров — сантиметров. На практике же просто бабахают и смотрять, что получается. Во многих задачах, например, исследовании таламо-кортикальных связей, электрическую стимуляцию успешно применяют. Чтобы избежать негативных последствий электростимуляции, на модельных животных используют оптогенетическую стимуляцию, когда светишь светом и открываются специальные каналы на определенных клетках, зараженных определенным вирусом с этим каналом. Там точность выше, и не создаются электрические артефакты. С другой стороны, электрическая стимуляция может применяться в экстремальных случаях, если надо «повредить» локально часть ткани, типа так (electrolesion)
neuronexus.com/wp-content/uploads/2018/09/Microlesion.pdf
neuronexus.com/wp-content/uploads/2018/09/Microlesion.pdf
Есть определенные надежды на оптогенетику — это когда в нейроны вставляются гены для синтеза фоточувствительных каналов (напр. канальных родопсинов) и они становятся фоточувствительными. Свет можно подводить гораздо точнее и нет кучи других неудобств, связанных с электростимуляцией.
Крутая статья! И очень интересные вопросы подняты.
По вашей оценке — какое разрешение cmos-зонда требуется, чтобы более менее полно снимать информацию со среза глазного нерва? Сколько там вообще пикселей/сигналов параллельно прокачивается?
По вашей оценке — какое разрешение cmos-зонда требуется, чтобы более менее полно снимать информацию со среза глазного нерва? Сколько там вообще пикселей/сигналов параллельно прокачивается?
Я со зрительной системой не работал, и буду отвечать из общих соображений и того, что смог найти. Теоретическое разрешение сетчатки очень большое, но поток информации через оптический нерв фантастически мал, сравним с потоком видео DVD или ютуба в 1080. По поводу разрешения пробы, количество волокон в нерве ~1.7 млн, в идеале в каждом из них надо держать регистрирующий сайт. Размером нерв около 1.5 мм, поэтому, если брать 1 в 1, размер одного зонда на пробе должен быть 1-2 мкм. причем, это должна быть трехмерная проба, а с ними сейчас беда. максимум что есть — на 256, и они много дороже даже нейропикселей 
www.youtube.com/watch?v=vXCFTUD9__M
www.youtube.com/watch?v=vXCFTUD9__M
Годная статья и довольно подробная!
А вы какой областью нейрофизиологии занимаетесь?
А вы какой областью нейрофизиологии занимаетесь?
Добрый день, немного общий вопрос Вам, как к специалисту… Доступны ли в интернете базы данных с записями ЭЭГ для самостоятельной тренировки нейросетей. Например, есть проект диагностирующий малярию на мобильном приложении:
github.com/caticoa3/malaria_hero
towardsdatascience.com/diagnose-malaria-from-cellphone-captured-microscopic-images-using-fastai-library-and-turicreate-ae0e27d579e6?fbclid=IwAR2vT1z9fhP08zFH5e8J34ppnJTFzNROrnfQy2m39S9xSqGm_Lisg0Bfpxc
Данные больных и здоровых использованные при тренировки лежат в общем доступе:
ceb.nlm.nih.gov/proj/malaria/cell_images.zip
ceb.nlm.nih.gov/repositories/malaria-datasets
Есть ли что-то подобное в общем доступе по ЭЭГ, например записи больных Паркинсонизмом или Эпилепсией?
github.com/caticoa3/malaria_hero
towardsdatascience.com/diagnose-malaria-from-cellphone-captured-microscopic-images-using-fastai-library-and-turicreate-ae0e27d579e6?fbclid=IwAR2vT1z9fhP08zFH5e8J34ppnJTFzNROrnfQy2m39S9xSqGm_Lisg0Bfpxc
Данные больных и здоровых использованные при тренировки лежат в общем доступе:
ceb.nlm.nih.gov/proj/malaria/cell_images.zip
ceb.nlm.nih.gov/repositories/malaria-datasets
Есть ли что-то подобное в общем доступе по ЭЭГ, например записи больных Паркинсонизмом или Эпилепсией?
Я, к сожалению, с ЭЭГ на людях не работал. Я могу вам посоветовать еще такой сборник данных. github.com/NeuroTechX/awesome-bci#brain-databases
А по поводу эпилепсии упоминалась вот эта ссылка: epileptologie-bonn.de/cms/front_content.php?idcat=193&lang=3&changelang=3
А по поводу эпилепсии упоминалась вот эта ссылка: epileptologie-bonn.de/cms/front_content.php?idcat=193&lang=3&changelang=3
Я могу вам посоветовать еще такой сборник данных. github.com/NeuroTechX/awesome-bci#brain-databases
Огромное спасибо, а то приходилось по клиникам небольшие разнородные данные собирать, а потом конвертировать якобы унифицированные EDF и EEG файлы друг в друга для анализа и тренировки.
edf конвертировать никуда не надо. для классических форматов, типа edf, подходит mne: martinos.org/mne/dev/generated/mne.io.read_raw_edf.html
для зоопарка из моей темы — есть куча ридеров из python neo: github.com/NeuralEnsemble/python-neo/tree/master/neo
для зоопарка из моей темы — есть куча ридеров из python neo: github.com/NeuralEnsemble/python-neo/tree/master/neo
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Микроэлектроника, нейрофизиология и машинное обучение, взболтать, но не перемешивать