Nature Neuroscience | 跨界促进突破！杜久林/蒿杰/穆宇等构建全脑光学脑机接口实现的虚拟现实系统

对脑功能的理解依赖于对神经动力学的完全测量和闭环扰动。先进的光学成像技术实现了对大量神经元群神经动力学的测量，甚至可以在斑马鱼等小型脊椎动物的全脑尺度上进行测量。对于闭环摄动，实时分析是捕获目标神经动力学出现的时刻的先决条件。虽然在相对小规模的光学成像中已经实现了实时分析，但由于数据流速率呈指数级增长，在大规模成像中仍然不可行。因此，现有技术不足以实现对大规模神经动力学因果调查至关重要的闭环实验范式。

稳定的实时分析大规模神经元活动的光学成像（Credit: Nature Neuroscience ）

该研究开发了一个实时分析大规模成像数据的系统，并将其应用于清醒的斑马鱼幼虫的全脑成像。通过定制的现场可编程门阵列图形处理单元(FPGA-GPU)系统，可以在采集过程中分析全脑神经动力学，并在目标神经动力学发生时提供光遗传和感觉刺激。

该系统具有高通量分析持续神经动力学的能力，可以作为大规模内部动力学和外部扰动之间的良好接口。除了光遗传和感觉刺激的闭环控制外，该系统还可以通过针对神经动力学的特定阶段的功能集合来实现其他闭环扰动(如光转换)。通过实时循环和迭代分析-扰动-再分析过程，可以在实验中生成、测试和改进模型。