Comment enregistrer 1 million de neurones en temps réel
Une nouvelle méthode innovante pourrait permettre aux scientifiques de traduire les informations provenant de plus d'un million de neurones à la fois, ainsi que de décoder l'activité au fur et à mesure.
Au cours des dernières décennies, la quantité de données produites dans la vie quotidienne a explosé.
Par exemple, lorsque vous marchez dans la rue, votre téléphone portable collectera des informations sur le nombre de pas que vous avez effectués.
Lorsque vous achetez quelque chose dans un magasin avec votre carte, la banque sait ce que vous avez acheté, combien il était et où vous étiez.
De même, le magasin sait si vous y avez déjà acheté quelque chose de similaire.
Les données peuvent être récoltées plus efficacement que jamais, mais le défi consiste maintenant à comprendre ce que nous devrions en faire (le cas échéant). Nous avons les chiffres - mais nous sont-ils utiles?
Un pas de géant pour les neurosciences
La situation est similaire en neuroscience, dans la mesure où d'énormes progrès ont été accomplis dans la collecte de grandes quantités de données du cerveau. Les scientifiques sont désormais capables d'écouter et de communiquer avec un grand nombre de cellules cérébrales à la fois.
Bien que cette avancée se soit avérée utile dans le diagnostic, le traitement et la recherche, son plein potentiel n'a pas encore été réalisé. La vitesse à laquelle les données peuvent être traitées une fois qu'elles ont été collectées reste une pierre d'achoppement importante.
Le traitement des données devient rapidement un goulot d'étranglement pour les progrès réalisés dans d'autres domaines des neurosciences. Par exemple, si les données du cerveau pouvaient être collectées et comprises en temps réel, d'énormes progrès pourraient être réalisés dans le contrôle des bras de robot chez les personnes paralysées, ou même en aidant à prédire les crises d'épilepsie imminentes.
Pour que ces objectifs soient atteints, de vastes océans de données doivent être analysés et calculés très rapidement.
Des chercheurs du Centre de recherche Neuronano de l'Université de Lund en Suède ont travaillé sur ce problème. Ils ont mis au point une méthode qui a le potentiel de communiquer en temps réel avec des millions de cellules nerveuses.
Leurs résultats ont été récemment publiés dans la revue Neuroinformatique.
Non seulement leur système pouvait écouter le bavardage des cellules cérébrales, mais il pourrait également le traduire en une sortie significative presque instantanément - en 25 millisecondes. Le secret de cette nouvelle capacité est un format de données spécifique appelé format de données hiérarchique et un processus connu sous le nom de codage de bits.
«Le recodage des signaux des cellules nerveuses directement en bitcode augmente considérablement la capacité de stockage. Cependant, le plus grand avantage est que la méthode nous permet de stocker les informations de manière à les rendre immédiatement disponibles pour les processeurs des ordinateurs. "
Jens Schouenborg, professeur de neurophysiologie, Centre de recherche Neuronano
L'avenir des neurosciences
Martin Garwicz - qui est également professeur de neurophysiologie au Centre de recherche Neuronano - explique comment leur méthode est en avance sur d'autres interventions (comme l'électroencéphalogramme, dans lequel des électrodes sont placées sur le cuir chevelu).
«Imaginez que vous vouliez entendre ce dont parlent 10 personnes dans la pièce voisine. Si vous écoutez en posant votre oreille contre le mur, vous n'entendrez que des murmures, mais si vous mettez un microphone sur chaque personne dans la pièce, cela transforme votre capacité à comprendre la conversation », dit-il.
"Et puis", ajoute Garwicz, "pensez à être capable d'écouter un million d'individus, de trouver des modèles dans ce qui est communiqué et d'y répondre instantanément - c'est ce que notre nouvelle méthode rend possible."
Cette nouvelle méthodologie permet un trafic bidirectionnel: les messages des cellules nerveuses peuvent être rassemblés et les réponses peuvent être renvoyées. La technologie repose sur la façon dont le trafic est transformé en bitcode.
«Un avantage considérable de cette architecture et de ce format de données est qu’ils ne nécessitent pas de traduction supplémentaire, car les signaux du cerveau sont traduits directement en bitcode. Cela signifie un avantage considérable dans toutes les communications entre le cerveau et les ordinateurs, notamment en ce qui concerne les applications cliniques.
Auteur principal de l'étude Bengt Ljungquist
À l'avenir, ce modèle pourrait aider les neurosciences à faire d'énormes progrès. Alors que les interfaces cerveau-machine et les interfaces cerveau-ordinateur se sont considérablement améliorées ces dernières années, elles se heurtent souvent à un blocage en matière de traitement des données.
Si le système de bitcode réussit, ce bloc pourrait être décalé de leur chemin.
