AI圖像識(shí)別算法可以根據(jù)腦功能成像數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)老鼠是否在移動(dòng)。神戶(hù)大學(xué)的研究人員還開(kāi)發(fā)了一種方法來(lái)識(shí)別哪些輸入數(shù)據(jù)是相關(guān)的，為人工智能黑匣子帶來(lái)光明，有可能為腦機(jī)接口技術(shù)做出貢獻(xiàn)。

為了生產(chǎn)腦機(jī)接口，有必要了解大腦信號(hào)和受影響的動(dòng)作如何相互關(guān)聯(lián)。這被稱(chēng)為“神經(jīng)解碼”，該領(lǐng)域的大多數(shù)研究都是針對(duì)腦細(xì)胞的電活動(dòng)進(jìn)行的，這是通過(guò)植入大腦的電極來(lái)測(cè)量的。另一方面，功能成像技術(shù)，如功能磁共振成像或鈣成像，可以監(jiān)測(cè)整個(gè)大腦，并可以通過(guò)代理數(shù)據(jù)使活躍的大腦區(qū)域可見(jiàn)。在這兩者中，鈣成像速度更快并且提供更好的空間分辨率。但這些數(shù)據(jù)源仍未用于神經(jīng)解碼工作。一個(gè)特殊的障礙是需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，例如通過(guò)消除噪聲或識(shí)別感興趣的區(qū)域，這使得設(shè)計(jì)一種對(duì)許多不同類(lèi)型的行為進(jìn)行神經(jīng)解碼的通用程序變得困難。

神戶(hù)大學(xué)醫(yī)學(xué)生 AJIOKA Takehiro 利用神經(jīng)科學(xué)家 TAKUMI Toru 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)的跨學(xué)科專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。 “我們?cè)诨?VR 的小鼠實(shí)時(shí)成像和運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)以及深度學(xué)習(xí)技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)使我們能夠探索‘端到端’深度學(xué)習(xí)方法，這意味著它們不需要預(yù)處理或預(yù)先指定的功能，從而評(píng)估神經(jīng)解碼的皮質(zhì)范圍信息，”Ajioka 說(shuō)。他們將兩種不同的深度學(xué)習(xí)算法(一種用于空間模式，一種用于時(shí)間模式)與在跑步機(jī)上休息或跑步的小鼠的全皮層電影數(shù)據(jù)相結(jié)合，并訓(xùn)練他們的人工智能模型，以根據(jù)皮層圖像數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)小鼠是否在移動(dòng)或休息。

神戶(hù)大學(xué)研究人員在《PLoS 計(jì)算生物學(xué)》雜志上報(bào)告稱(chēng)，他們的模型在預(yù)測(cè)動(dòng)物真實(shí)行為狀態(tài)方面的準(zhǔn)確度高達(dá) 95%，而無(wú)需消除噪聲或預(yù)先定義感興趣區(qū)域。此外，他們的模型僅基于 0.17 秒的數(shù)據(jù)就做出了這些準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，這意味著他們可以實(shí)現(xiàn)接近實(shí)時(shí)的速度。此外，這適用于五個(gè)不同的人，這表明該模型可以過(guò)濾掉個(gè)人特征。

然后，神經(jīng)科學(xué)家通過(guò)刪除部分?jǐn)?shù)據(jù)并觀(guān)察模型在該狀態(tài)下的性能，繼續(xù)確定圖像數(shù)據(jù)的哪些部分主要負(fù)責(zé)預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)越糟糕，數(shù)據(jù)就越重要。 “我們的模型能夠識(shí)別行為分類(lèi)的關(guān)鍵皮層區(qū)域的能力特別令人興奮，因?yàn)樗蜷_(kāi)了深度學(xué)習(xí)技術(shù)‘黑匣子’方面的蓋子，”Ajioka 解釋道。

總而言之，神戶(hù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)建立了一種通用技術(shù)來(lái)從全皮層功能成像數(shù)據(jù)中識(shí)別行為狀態(tài)，并開(kāi)發(fā)了一種技術(shù)來(lái)識(shí)別預(yù)測(cè)所基于的數(shù)據(jù)部分。 Ajioka 解釋了為什么這是相關(guān)的。 “這項(xiàng)研究為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)能夠使用非侵入性腦成像進(jìn)行近實(shí)時(shí)行為解碼的腦機(jī)接口奠定了基礎(chǔ)。”

這項(xiàng)研究由日本學(xué)術(shù)振興會(huì)(撥款 JP16H06316、JP23H04233、JP23KK0132、JP19K16886、JP23K14673 和 JP23H04138)、日本醫(yī)學(xué)研究與發(fā)展機(jī)構(gòu)(撥款 JP21wm0425011)、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(撥款 JPMJMS229)資助9和 JPMJMS229B)、國(guó)家學(xué)和精神病學(xué)中心(撥款 30-9)和武田科學(xué)基金會(huì)。該研究是與 ATR 神經(jīng)信息分析實(shí)驗(yàn)室的研究人員合作進(jìn)行的。