Чип для носимых устройств, прогнозирующий судороги у эпилептиков

Одним из самых неприятных аспектов, связанных с эпилепсией, заключается в том, что никогда не знаешь, когда возникнет очередной приступ судорог. И носимая система, которая сможет фиксировать признаки активности мозга, предшествующей судорогам, и предупреждать пациента об этом, позволит избавить многих людей от постоянного стресса и сделает контроль заболевания более управляемым. Учитывая этот факт, ученые IBM разработали портативный чип, который способен выполнять эту работу. Свое изобретение американские ученые описали в журнале eBioMedicine (Lancet).

Разработчики построили свою систему, обработав огромное количество данных сигналов мозга, полученных от людей, страдающих эпилепсией. Этот набор данных представляет собой примерно 16 лет непрерывных записей электроэнцефалографии (ЭЭГ) и тысяч приступов судорог, полученных у пациентов, имеющих имплантированные в мозг электроды. Используя эти данные ученые подготовили алгоритмы глубокого обучения (нейронные сети), которые специализируются на идентификации шаблонов активности мозга, ассоциированные со скорым началом судорог. Эти алгоритмы работают на базе малопотребляющего нейроморфного компьютерного чипа IBM TrueNorth*. Имеющий размер, сопоставимый с обычной почтовой маркой, этот чип может использоваться в носимых устройствах людьми, страдающими от эпилепсии.

Более трети пациентов-эпилептиков не поддаются лечению с помощью лекарственных препаратов, и такая прогнозная система сможет стать для них единственным средством, которое даст им хоть какой-то контроль над своей болезнью. Ведь то, что человек не может знать заранее, когда у него будет приступ, заставляет больных избегать социализации, занятий спортом, путешествий, т.е. всех занятий, при которых он не хочет быть застигнут врасплох судорогами. Такое поведение очень часто ведет к депрессии и другим неприятным для человека последствиям.

Система IBM пока находится на этапе прототипа и пока не прошла испытаний на людях, а только тестировалась на компьютерной модели. Чувствительность устройства можно увеличивать и уменьшать, в зависимости от пожеланий пользователя. В режиме высокой чувствительности система точно предсказывает судороги в 90% случаев, но при этом много времени находится в режиме предупреждений. Поэтому сейчас цель исследователей - снизить количество ложных срабатываний до приемлемого уровня, прежде чем начать тестировать систему на людях.

Отметим, что шаблоны активности мозга, связанные с предстоящими судорогами, трудно распознать. Дело в том, что эти шаблоны различны для каждого человека, при этом они еще и меняются со временем. Это означает, что алгоритмы должны быть способны идентифицировать множество разных шаблонов активности мозга и могли адаптироваться к изменениям таких шаблонов со временем для каждого пациента.

* Нейроморфные чипы моделируют то, как наш мозг обрабатывает информацию — как миллиарды нейронов и триллионы синапсов реагируют на сигналы от органов чувств. Связи между нейронами также постоянно меняются, реагируя на изображения, звуки и др. Этот процесс мы называем обучением. Нейроморфный чип делает примерно то же самое.
TrueNorth — это модульная система, которая состоит из нескольких чипов в едином форм-факторе, представляющих собой нейроны мозга. Соединяя такие чипы между собой, ученые формируют искусственную нейронную сеть.