記者15日從中國科學院自動化研究所獲悉，來自該所和中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心的科研人員，開發(fā)了一套實感智能計算-控制平臺。基于該平臺，他們在國際上首次實現(xiàn)對斑馬魚全腦十萬級神經元的實時監(jiān)控。相關研究成果在線發(fā)表于《自然·神經科學》雜志。

全腦范圍單神經元活動成像技術，是解析大腦并行分布式計算原理的有力工具。然而，受限于數(shù)據(jù)實時處理能力，該技術很難實時分析以及在大尺度上閉環(huán)調控和研究腦功能。

受天文學領域快速射電暴檢測技術的啟發(fā)，科研人員建立了光學神經信號預處理系統(tǒng)，即實感智能計算-控制平臺，成功對高達500MB/s的大數(shù)據(jù)流神經功能數(shù)據(jù)進行實時配準、信號提取和分析。

利用該平臺，研究團隊首先實時監(jiān)控了斑馬魚的全腦神經元，進而快速提取和分析了斑馬魚的全腦神經元活動，同時對任意選擇的神經元集群活動進行解碼，以控制外部器件。這一成果標志著基于全腦單細胞光學成像的虛擬現(xiàn)實、光遺傳調控等技術在腦科學閉環(huán)研究領域的應用邁出了關鍵一步。

實感智能計算-控制平臺的性能，在多個腦科學閉環(huán)研究場景下得到展示。比如，利用該平臺，研究人員實時將高維的全腦所有神經元活動降維到多個神經元集群的活動，并將任一集群的活動與視覺環(huán)境閉環(huán)聯(lián)接，建立了基于光學成像、直接從腦神經活動到視覺環(huán)境的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。在該虛擬現(xiàn)實中，可以隨意調整神經活動與環(huán)境的相互作用，使控制環(huán)境的神經元集群根據(jù)環(huán)境變化適應性地調整其輸出。

據(jù)悉，依托大數(shù)據(jù)流的實時分析和高通量全腦成像技術，研究團隊未來將進一步研究篩選適合光學腦機接口的神經群體活動特征，以揭示其機制，開發(fā)出更高效的光學腦機接口技術，推進腦科學研究范式的發(fā)展。