突破性人工智能利用大脑数据预测小鼠运动 准确率高达95%

一种用于预测行为状态的新型"端到端"深度学习方法使用了无需预处理或预先指定特征的全皮层功能成像。该方法由医科学生梶冈武弘（AJIOKA Takehiro）和神户大学高见彻（TAKUMI Toru）领导的团队开发，他们还能确定哪些大脑区域与算法最相关（如图）。提取这些信息的能力为未来开发脑机接口奠定了基础。资料来源：梶冈武弘

要制作脑机接口，就必须了解大脑信号和受影响的动作之间的关系。这就是所谓的"神经解码"，这一领域的大部分研究都是通过植入大脑的电极来测量脑细胞的电活动。另一方面，功能成像技术，如核磁共振成像或钙成像，可以监测整个大脑，并通过代理数据使活跃的大脑区域清晰可见。

其中，钙成像速度更快，空间分辨率更高。但在神经解码工作中，这些数据源仍未得到利用。其中一个特别的障碍是需要对数据进行预处理，如去除噪音或确定感兴趣的区域，因此很难为多种不同行为的神经解码设计出通用的程序。

神户大学医科学生 Ajioka Takehiro 利用神经科学家 Takumi Toru 领导的团队的跨学科专业知识解决了这一问题。Ajioka 说："我们在基于 VR 的小鼠实时成像和运动跟踪系统以及深度学习技术方面的经验，让我们能够探索'端到端'深度学习方法，这意味着它们不需要预处理或预先指定的特征，从而可以评估整个皮层的神经解码信息。他们将两种不同的深度学习算法（一种针对空间模式，一种针对时间模式）结合到小鼠在跑步机上休息或奔跑的全皮层胶片数据中，并训练他们的人工智能模型从皮层图像数据中准确预测小鼠是在移动还是在休息。"

神户大学的研究人员在《PLoS 计算生物学》杂志上报告说，他们的模型预测动物真实行为状态的准确率高达 95%，而无需去除噪声或预先定义感兴趣的区域。此外，他们的模型仅凭 0.17 秒的数据就做出了这些准确的预测，这意味着他们可以达到接近实时的速度。而且，这种方法适用于五个不同的个体，这表明该模型可以过滤掉个体特征。

然后，神经科学家们通过删除部分数据并观察模型在该状态下的表现，确定图像数据中哪些部分对预测起主要作用。预测结果越差，数据就越重要。梶冈武弘释说："我们的模型能够识别行为分类的关键皮层区域，这尤其令人兴奋，因为它打开了深度学习技术'黑盒'的盖子。"

神户大学团队建立了一种可通用的技术，从整个皮层功能成像数据中识别行为状态，并开发了一种技术来识别预测是基于数据的哪些部分。这项研究为进一步开发能够利用无创脑成像进行近实时行为解码的脑机接口奠定了基础。

编译自:ScitechDaily