足球比赛结果的研究人员正在应用神经形态计算 提高深部脑刺激系统的有效性和能量效率 用于治疗帕金森病。
帕金森病是一种神经退行性疾病，目前无法治愈 全球数以百万计。深部脑刺激 (DBS) 是药物的替代方案 这些药物虽然有效，但随着患者产生耐药性而失效。结束 随着时间的推移，需要更大剂量的药物来控制病情，并且 它们可能会带来严重的副作用。星展银行是一种选择。
让深部脑刺激系统更好地为患者服务
DBS 系统的功能就像大脑的起搏器。他们压制，包括运动减慢或延迟（称为运动迟缓）、震颤和僵硬。 植入大脑特定目标的电极会发出电脉冲 使用胸部的电池供电设备。
DBS 系统可以改变被诊断患有此病的人的生活。但电池寿命是一个挑战。当前的设备使用植入式脉冲发生器 (IPG)，通过手术插入胸部或腹部，向 无论患者的临床状态如何，大脑都会以恒定的频率运行。 不可充电电池的使用寿命大约为两到五年。更换电池 可能会对患者造成干扰；它需要外科手术。并且可以有 IPG 持续刺激引起的不良副作用。
于春秀，生物医学工程助理教授，与安宏宇，电气和计算机工程助理教授，正在与 他们的研究团队使用不同的工具制定策略：神经形态计算。
“称为类脑计算或，神经形态计算使用微芯片和算法模拟神经系统。 它也非常节能，”Yu 说。
“利用神经形态计算改善帕金森氏症的深部脑刺激 疾病非常具有创新性。据我们所知，这是该领域的首次尝试。”
闭环智能系统提供智能调整
都在于系的脑刺激工程实验室生物医学工程，以及安系的类脑人工智能实验室电气和计算机工程研究团队正在制定改进 DBS 系统的策略。
该协作项目的重点是闭环 DBS 系统，该系统可以智能地 根据患者症状调整刺激信号。
“当前大多数 DBS 系统都是开环的。开环 DBS 每天 24 小时、365 一年中的几天，”余说。开环系统能耗高，提供 对大脑的持续刺激，因为实时症状是未知的 设备。 “使用闭环系统使我们能够优化能源效率 DBS 设备，”Yu 解释道。 “患者的大脑信号被用来产生 治疗信号——一种刺激——根据需要实时进行。”
使用尖峰神经网络检测症状
Yu 和 An 的闭环 DBS 的基石是尖峰神经网络 (SNN)， 一种人工神经网络。 SNN 可以检测帕金森氏症症状并生成 优化的电刺激脉冲。
“SNN 内的通信信号用小尖峰电信号表示 脉冲，单位为伏特，”An 解释道。 “在数字系统中，数据由高 和低电压。例如，高电压代表逻辑1，低电压代表逻辑1 电平代表逻辑零。通过这种方式，数字系统将数据编码为二进制数。”
SNN 中的数据可以及时携带，例如尖峰之间的间隔，根据 到安。 “因此，与传统的 SNN 系统相比，SNN 系统的能源效率要高得多 到其他人工神经网络，”他说。
研究人员的新型闭环 DBS 系统能够评估帕金森病的严重程度 通过测量特定脑电波或振荡、带宽的神经活动来症状。.
“我们使用 β 振荡活动作为生物标志物，因为它可以在很多情况下被检测到 比其他方式更快，例如震动信号，”安说。 “如果神经活动 检测到异常强烈，表明帕金森病症状较严重 严重”。
An 实验室中的 SNN 使用最先进的神经形态芯片之一进行操作： 英特尔洛伊希。在与英特尔的合作中，该实验室正在积极探索方法 利用该芯片的超高效智能来帮助帕金森病患者。
“我们发现，包括 Intel Loihi 在内的神经形态芯片的性能优于其他芯片 计算平台的能源效率提高了 109 倍。”An 说道。
另一项创新：An 和 Yu 将 SNN 的传统电子存储器替换为 一个：用于下一代计算机和电子产品的电气元件。忆阻器 既可以像存储芯片一样存储信息，又可以抵抗电流的流动， 就像电路中的电阻器一样。
忆阻器看起来像一个电阻器。不同的是它的电阻是可变的。 “通过精心设计的信号，忆阻器的电阻可以改变为 多个甚至数千个不同的电阻。该功能显着增加 单个忆阻器可以存储的信息量，”An 说。
在模拟中，使用忆阻器的 DBS 系统可以实现更小的芯片、更快的传输 信号和更少的能源消耗。
“这个结果非常有希望，”安说。
交流他们的研究
An、Yu 和研究生研究员 Zachary Kerman（2021 届毕业生，获得学士学位） 足球比赛结果电气和计算机工程博士，发表了一篇关于他们的论文 IEEE 研究，第 23 届国际优质电子设计研讨会 （ISQED）：“.”
下一步是设计定制 DBS 芯片
An和Yu计划专门合作设计自己的忆阻神经形态芯片 用于闭环 DBS 系统。
“我们对这些新的、创新的计算范式的研究以及设计 新兴人工智能芯片的出现——将为智能领域更大更快的发展打开新的大门 用于大脑康复的医疗设备，”安说。 “即使是可穿戴医疗设备 现在完全有可能。”
对于密歇根理工学院的学生来说，正在进行的联合研究提供了 在芯片前沿工作所带来的独特学习经验 设计、人工智能、神经形态计算和脑机接口。
“有机会发现新的脑深部刺激技术，可以帮助人们 未来患有神经系统疾病会激励我继续工作 雅各布·杰克逊 (Jacob Jackson) 说道： ’23，一名生物医学工程专业学生，在 Yu 的实验室进行研究。他计划 秋季开始他在足球比赛结果的研究生工作。 “我喜欢神经工程 经过如此多的研究，我知道这对我来说是正确的道路，”他说。
足球比赛结果是一所 R1 公立研究型大学，成立于 1885 年，位于霍顿，拥有来自全球 60 多个国家的近 7,500 名学生。密歇根州旗舰科技大学的投资回报率一直名列全美最佳大学之列，提供超过 185 个本科和毕业生科学技术、工程、计算机、林业、商业、健康专业、人文、数学、社会科学和艺术领域的学位课程。乡村校园距离密歇根州上半岛的苏必利尔湖仅数英里，提供全年户外探险的机会。
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