ROSS
سامانه آفلاین مرتب سازی اسپایک
معرفی محصول
در علوم اعصاب، ثبت نورونی خارج سلولی روشی را برای اندازه‌گیری فعالیت سلول‌های عصبی ارائه می‌دهد. هنگامی که یک نورون فعالیت می‌کند (پتانسیل عمل یا اسپایک را ایجاد می‌کند)، سیگنال جریان الکتریکی ضعیفی که از طریق نواحی غشایی جریان پیدا می‌کند، پتانسیل الکتریکی نورون را تغییر می‌دهد. برای ثبت، میکرو الکترود به مغز وارد می‌شود. این میکروالکترودها باید از جنس رسانا باشند. آنها در درجه اول میکرو پیپت‌های شیشه‌ای یا میکروالکترودهای فلزی ساخته شده از پلاتین یا تنگستن هستند. میکروالکترودها را می‌توان با دقت نزدیک به غشای سلولی قرار داد و امکان ثبت خارج سلولی را فراهم می‌آورد.
اما چرا این ثبت‌ها و نتایج تحلیل آنها برای ما مهم است. از نتایج حاصل از این تحلیل‌ها در دو زمینه‌ی پزشکی و رابط ماشین و انسان استفاده می‌شود. محققان با مشاهده فعالیت مغز در سطح نورون می‌توانند فعالیت مغز را به رفتار پیوند دهند و نقشه‌های عصبی ایجاد کنند که جریان اطلاعات را از طریق مغز توصیف کند. این امر منجر به درمان بهتر بیماری‌هایی چون پارکینسون می‌شود. همچنین آشنایی بیشتر با نحوه فعالیت مغز به توسعه هر چه بهتر رابط‌های مغز و کامپیوتر می‌شود.
ثبت خارج سلولی بیشتر اوقات فعالیت چند نورون به همراه نویز زمینه را به‌صورت همزمان ثبت می‌کند. مرتب سازی اسپایک یک کلاس از تکنیک‌های مورد استفاده در تجزیه و تحلیل داده‌های الکتروفیزیولوژیک است. الگوریتم‌های مرتب سازی اسپایک از شکل موج‌های گردآوری شده با یک یا چند الکترود در مغز استفاده می‌کنند تا فعالیت یک یا چند نورون را از نویز الکتریکی پس زمینه جدا کنند. بنابراین به‌کارگیری نرم‌افزار مرتب سازی اسپایک اولین قدم در جهت مطالعه سیگنال ثبت شده از مغز است.
کاربرد پروژه
پایش فعالیت عصبی یکی از پایه‌های درک رفتار مغز است. پتانسیل خارج سلولی ثبت شده ترکیبی از فعالیت‌های نورون‌های متعدد است که توسط نویز مخدوش می‌شوند. مرحله اصلی در تجزیه و تحلیل داده‌های خارج سلولی، تمایز بین فعالیت‌های مختلف نورون است. مرتب‌سازی اسپایک فرآیندی است که هر اسپایک (جهش سیگنالی) شناسایی شده را به نورون‌های مربوطه اختصاص می‌دهد. ROSS یک نرم افزار مرتب سازی اسپایک آفلاین بر پایه متلب است که به محققان کمک می‌کند تا کارهای مرتب سازی خودکار و دستی را به‌طور مؤثر انجام دهند. چندین عملکرد برای اصلاح نتایج مرتب‌سازی خودکار در نظر گرفته شده است، مانند ادغام و حذف نویز.
همچنین تجسم‌های مفیدی برای دستیابی به نتایج بهتر ارائه شده است. این محصول می‌تواند در جایگاه‌های مختلفی مورد استفاده قرار گیرد که به آن اشاره خواهیم کرد.
- آزمایشگاه‌های ثبت سیگنال‌های تک سلولی: در این آزمایشگاه‌ها نرم افزار اسپایک سورتر جزو جدانشدنی از فرآیند تحلیل و پردازش سیگنال مغز است.
- آزمایشگاه‌ها و پژوهش‌های مرتبط با EEG: سیگنال EEG نوعی دیگر از ثبت فعالیت‌های مغز است که کاربردهای علمی و صنعتی فراوانی دارد. اسپایک سورتینگ در اینجا نیز اولین گام در جهت دیکد کردن اطلاعات موجود در سیگنال‌های EEG است. از اسپایک سورتینگ برای آشکارسازی فعالیت‌ها در EEG که به نوعی معادل همان اسپایک در سیگنال تک سلولی است استفاده می‌شود از فواید آن می‌تواند به تفکیک فعالیت نواحی جهت دیکدینگ هدف دارو افزایش عملکرد دیکدینگ نام برد.
- رابط مغز و کامپیوتر: رابط‌های مغز و کامپیوتر جزو داغ ترین موضوعات چند سال اخیر هستند. در این رابط‌ها جهت دیکد کردن رفتار مغز نیاز به آشکارسازی فعالیت‌ها و تمایز آنها از رفتار پایه مغز است. نرم افزار اسپایک سورتینگ با تغییرات کمی می‌تواند به‌عنوان یک ماژول در این سامانه‌ها استفاده شود. این ماژول رفتاری مشابه آنچه در دیکد سیگنال‌های EEG دارد خواهد داشت.
- ثبت رفتار مغز با feedback loop: نسل دوم ثبت از مغز، به‌کارگیری فیدبک برای ثبت تعاملی است. در این نوع ثبت‌ها نیاز است تا رفتار مغز در حین ثبت تحلیل و متناسب با آن فیدبک مناسب در جهت تغییر محرک بیرونی اعمال شود. در این حلقه اسپایک سورتینگ اولین گام در جهت تحلیل سیگنال دریافت شده در جهت اعمال فیدبک است. اسپایک سورتینگ در این حلقه باعث افزایش دقت تحلیل و اعمال فیدبک بهتر می‌شود.
- نوروفیدبک: نوروفیدبک یا نوروتراپی یا نوروبیوفیدبک نوعی بیوفیدبک است که در آن عملکرد مغز به‌صورت لحظه‌ای در صفحه نمایشی نشان داده می‌شود. از این سیستم برای بازتوانبخشی و کنترل دقیق تر و تمرین روی عملکرد مغز استفاده می‌شود. نوروفیدبک در اصل نوعی بیوفیدبک محسوب می‌شود که تلاش می‌کند با به‌کارگیری ثبت امواج EEG و دادن بازخورد عصبی به فرد، نوعی خود تنظیمی را ایجاد و آن را آموزش دهد. با توجه به این مسئله که آشکارسازی فعالیت‌ها در سیگنال‌های EEG در نوروفیدبک اهمیت بسزایی دارد، نقش اسپایک سورتینگ در اینجا در جهت آشکارسازی فعالیت‌ها و دسته بندی آنها مشخص است.
برخی از بصری سازی های نرم افزار
کدهای مربوط به این محصول را می‌تونید در لینک زیر مشاهده کنید.
https://github.com/ramintoosi/ROSS/tree/v2لینک لینکدین
https://www.linkedin.com/company/cortexli/بهره برداران:
پژوهشکده فناوری های همگرا (NBIC) دانشگاه تهران
پژوهشگاه دانش های بنیادی
