bioengineers جامعة ديوك ابتكر وسيلة الآلي للشبكة العصبية القائمة على الإلتواء (CNN)، وضمان دقة من فرضية، في حاجة إلى المهنيين للتعرف على عشر ساعات مهمة العصبي الإثارة اختصارها إلى عشرات من الدقائق هذا سيكون مساعدة كبيرة في مجال علم الأعصاب.
تقنية جديدة تعتمد على الذكاء الاصطناعي ليحل الخلايا العصبية للأبحاث عنق الزجاجة. ، أستاذ الهندسة الطبية الحيوية في جامعة ديوك سين Farsiu علق أحد الكتاب وقال :. "هذا النشاط في الدماغ رسمها بالكامل (الصورة) ونحن نريد لتطوير حاسمة ضمن إعدادات التجريبية المختلفة، هي فإنه يمكن بسرعة، طريقة تلقائية للتأكد من دقتها علامة العصبية الإنسان للتقريب، وهذا هو مهمة صعبة ".
وقالت المؤلف الأول من الورقة كلية الهندسة الطبية الحيوية في جامعة ديوك من طلاب الدكتوراه Somayyeh Soltanian زاده: "يقوم نهجنا على عمق تعلم النموذج، ليس فقط سريع جدا، ويمكن أن تصل إلى (وتجاوز) خبير البشري في اثنين من الفوتون مستويات علامة من الخلايا العصبية مثير في الفيديو ".
في علم الأعصاب السلوكي (العلوم العصبية السلوكية) المجال، والعلماء استكشاف آلية محددة من وظائف الإدراك الحيوان، والعاطفة والمحرك في مستوى خلايا الدماغ. هذا الفهم من بعض الاضطرابات العصبية والنفسية، مثل الفصام والذهان آلية مرض الزهايمر دورا حيويا.
طرق التقليدية للبيولوجيا الخلية، هي في المختبر لوحظت الخلايا المستزرعة. لكن الخلايا العصبية في الدماغ، وهذا النهج لن تنجح، لأن الخلايا العصبية في الدماغ أن يعمل بيئة للعيش فيه. وهكذا، ولادة اثنين من الفوتون التصوير (ثنائي الفوتون التصوير)، والذي يستخدم مبدأ الاختراق الفوتون، دون ضرر للخلايا، الخلايا العصبية في دماغ الحيوانات الحية لفحص التصوير في الوقت الحقيقي.
FIG | العمل التخطيطي ثنائي الفوتون المجهري، واثنين من الفوتون (الكالسيوم) طلقات التصوير (المصدر: تاكاكي كومياما / جامعة كاليفورنيا في سان دييغو)
حتى مع تقنيات التصوير المتطورة، ولكن يتم وضع علامة على الخلايا العصبية الفردية على الفيلم وإنما هو مهمة صعبة. انها مثل في الفيلم، ونحن بحاجة الى وقت لتتبع مكان وجود الشخص والنشاط. الطريقة الأكثر شيوعا، كل متحمس الخلايا العصبية يدويا دائرة المنشار. المشكلة هي أن هناك عادة صورة من آلاف الخلايا، وتريد أن تعرف بدقة، ويمكن مشاهدة الفيلم فقط مرارا وتكرارا. تجهيز التصوير الفيديو 30 دقيقة، والمحللين الفنيين للعمل بشكل مستمر دون طعام أو الشراب عادة 4-24 ساعات. إذا كانت الخلايا من مناطق مختلفة من التداخل، فإنه سيتم زيادة صعوبة تحديد الهوية.
الإثارة من طريقة علامات العصبية الهندسة الطبية الحيوية، وفريق جامعة ديوك اخترع، ولكن يمكن القيام بهذه المهمة في غضون بضع عشرات من الدقائق، ووضع العلامات دقة والمحللين المهنية للغاية. وقد نشرت هذه الطريقة الجديدة في الآونة الأخيرة "أكاديمية العلوم الوطنية للعلوم" (PNAS) جرا.
هذا هو مجموعة جديدة من الخلايا العصبية الاصطناعية طريقة استثارة وضع العلامات ويتكون من ثلاثة أجزاء. الأول هو سلسلة من الخطوات ما قبل المعالجة، بما في ذلك اثنين من الفوتون الفيديو التصوير ينقسم (كما هو 120 لكل دفعة) والمحاصيل (إزالة الإطار) العمليات.
بعد ذلك، بعد إدخال الفيديو من يسمى قبل "الزمكان الشبكة العصبية" (الزمانية المكانية الشبكات العصبية، يختصر STNeuroNet) تلفيفي العصبية نموذج الشبكة في 3D، صورة فيديو 120 التي يمكن لكل دفعة تحليل المدخلات، ويولد ويظهر الرسم البياني تشانغ احتمال احتمال قد يكون متحمس الخلايا العصبية في كل بكسل. هذه الخطوة هي جوهر العملية برمتها.
الخطوة النهائية، لاختيار، يفرق وتداخل عملية التكامل العصبية التي كتبها عتبة احتمال، خريطة احتمال والمواقع علامات تترجم إلى الإثارة العصبية في الفيديو كلها.
FIG | الاصطناعي العصبية طريقة الترقيم (المصدر: Somayyeh Soltanian زاده جامعة / ديوك)
تصميم STNeuroNet يرسم نموذج الشبكة العصبية العميقة المستخدمة في الكمبيوتر معالجة الفيديو، وجود بنية معقدة.
أولا، من شرائح الفيديو المدخلات من قبل طبقة الالتواء، على التوالي، وطبقة الخلايا المتوسطة، والتكامل الربط.
ثم من خلال كثافة يحتوي على ثلاثة أكوام مختلفة الحجم (كثافة كومة الميزة)، لاستخراج الطيف مميزة من أبعاد مختلفة (خريطة الميزة).
بعد ثلاث خرائط ميزة على التوالي، بعد 50 طبقة التلافيف عشوائية المعطلة أخذ عينات مرة أخرى (حتى أخذ العينات) سيكون مزيجا من خياطة وعاد مرتين إلى الدقة الأصلية.
أخيرا، وبعد طبقة أقصى الخلية وطبقتين التفاف مستو، ثم تم الحصول عليها من النهائية خريطة احتمال Softmax وظيفة (خريطة الاحتمال).
نموذج STNeuroNet باستخدام دالة الهدف مخصصة النرد الخسارة.
خريطة | DenseVNET نموذج STNeuroNet (المصدر: Somayyeh Soltanian زاده جامعة / ديوك)
وأظهرت النتائج أن أداء نموذج STNeuroNet هو أعلى بكثير من النماذج المماثلة القائمة. من حيث دقة وضع العلامات، واستدعاء (تذكر) أكثر بكثير من النماذج الأخرى المماثلة، والدقة (الدقة) ومؤشر تقييم شامل (F1) هو أيضا أعلى من النماذج الأخرى.
خريطة | مقارنة دقة نموذج (المصدر: Somayyeh Soltanian زاده جامعة / ديوك)
سرعة الاعتراف، دون النظر إلى ما قبل العلاج ومرحلة ما بعد المعالجة، STNeuroNet سرعة يمكن أن تصل إلى الفيديو الثاني تجهيز 27، والتي تتجاوز كل الأساليب القائمة. حتى النظر في وقت قبل وبعد العلاج، وصلت كفاءة قسم معالجة الفيديو 10 حوالي 17 لقطة في الثانية.
ليس ذلك فحسب، وجد الباحثون أيضا أن الخلايا العصبية في منطقة معينة من نموذج التدريب STNeuroNet، حتى في منطقة أخرى لديها حجم الخلايا العصبية مختلف تماما والكثافة، والشيء نفسه يمكن أن يتحقق ملحوظ الإثارة العصبية، ودقة أعلى. وأرجعت هذا إلى كمبيوتر نموذج الشبكة العصبية لل(التعميم) العالمية السمات البارزة.
لتمكين المزيد من الباحثين للمشاركة في راحة من هذه التكنولوجيا الجديدة، وكان فريق البحث على شبكة الإنترنت كل من التعليمات البرمجية والجمهور البيانات.
وبناء على هذه التكنولوجيا المتقدمة، قد تكون قادرة قريبا على علماء الأعصاب تحليل في الوقت الحقيقي من النشاط العصبي في تنفيذ الدماغ الحيوية. واحدة من قائد الفريق البحثي، وأستاذ مساعد في الهندسة الطبية الحيوية في جامعة ديوك مدرسة يييانغ غونغ بدأت دراسة العلاقة بين الفئران في السلوك والمخ الإثارة العصبية.
مثل Soltanian زاده يقول :. "يوان تحديد أكثر كفاءة من الإثارة العصبية، لتكون قادرة على دراسة العلاقة بين العصبية في الدماغ والسلوك المادي توفير الكثير من القرائن التي ستفتح كما بحث علم الأعصاب جديد الباب ".
