Искусственный интеллект научился различать типы нейронов: прорыв в нейронауке

Прорыв в нейронауке: ИИ научился различать типы нейронов

Крупное открытие в области нейронауки стало возможным благодаря алгоритму глубокого обучения искусственного интеллекта (ИИ). В исследовании, опубликованном в этом месяце в журнале Cell, международная команда из 23 ученых продемонстрировала, что ИИ может с высокой точностью отличать разные типы клеток мозга по записям активности у мышей и обезьян.

Современные нейротехнологии и их ограничения

Современные нейротехнологические устройства, такие как электроэнцефалография (ЭЭГ), интерфейсы мозг-компьютер (ИМК) и интерфейсы мозг-машина (ИММ), позволяют нейробиологам записывать активность мозга. Однако существующие решения не различают типы нейронов.

Что такое нейроны и как их классифицируют?

Нейроны — это возбудимые клетки, которые принимают и передают сигналы. Они состоят из тела клетки, древовидных структур под названием дендриты и трубчатой структуры — аксона. Нейроны классифицируют по:

• Структуре (морфологии): униполярные, биполярные, псевдоуниполярные, мультиполярные, анаксональные
• Функции: моторные, сенсорные, вставочные нейроны
• Типу соединений: афферентные, эфферентные, внутренние, возбуждающие, тормозные, модулирующие
• Нейротрансмиттерам: глутаматергические, холинергические, ГАМКергические, дофаминергические нейроны

Как работал эксперимент?

«Мы обучили полуконтролируемый классификатор на основе глубокого обучения, который предсказывает типы клеток с точностью более 95% на основе формы сигнала, статистики разрядов и слоя зарегистрированного нейрона», — сообщил старший автор исследования Хавьер Медина вместе с международной командой ученых.

Этапы исследования

1. Создание базы данных электрических сигнатур нейронов мышей по типам
2. Разработка алгоритма ИИ для классификации
3. Использование оптогенетики (активация нейронов синим светом) и фармакологии
4. Фокусировка на клетках мозжечка
5. Анализ более 3600 нейронов из 180+ записей Neuropixels

«Прогнозы классификатора совпадают с экспертными оценками для записей, сделанных разными зондами в разных лабораториях, из функционально различных областей мозжечка и у разных видов» — отмечают исследователи.

Перспективы применения технологии

Метод надежной идентификации типов нейронов, активируемых при определенных нейронных процессах, может помочь в разработке новых методов лечения:

• Аутизм
• Деменция
• Травмы спинного мозга
• Эпилепсия
• Болезнь Альцгеймера
• Боковой амиотрофический склероз (БАС)
• Болезнь Паркинсона
• Другие неврологические и нейропсихиатрические расстройства