Специалисты НИТЦ Нейротехнологий Южного федерального университета (ЮФУ) исследовали активность головного мозга крыс во время наркоза. Математическое описание этого процесса позволит ученым повысить точность определения запахов обонятельными биогибридными системами с 60% до 100%. В перспективе такие системы могут применяться в медицине, экологии и в сфере обеспечения безопасности.
Биогибридные технологии совмещают перспективные технические разработки и лучшие свойства животных. Ученые ЮФУ разработали обонятельную систему, которая может определять, какое вещество содержится в воздухе. В этой системе крыса выполняют роль сенсора за счет своего острого нюха, а искусственный интеллект анализирует ощущения животного и выдает результат на экран компьютера.
«В обонятельную луковицу крысы вживляются микроэлектроды. Далее животное вводится в состояние наркоза и помещается в бокс, в котором установлен усилитель биологических сигналов. Компьютерная программа регистрирует активность части мозга, отвечающей за обоняние, а искусственные нейронные сети определяют вещество, которое обоняет крыса», — объяснил кандидат биологических наук, главный научный сотрудник Научно-исследовательского технологического Центра нейротехнологий ЮФУ Петр Косенко.
Он отметил, что наркоз в зависимости от периода действует на центральную нервной системы по-разному. Поэтому ученые исследовали влияние динамики наркоза на интенсивность работы обонятельной системы крысы и сделали математическое описание процесса.
«Во время наркоза обонятельный мозг работает намного активнее, чем в других состояниях (бодрствование или сон). При этом мы выяснили, что по мере развития наркоза ответная реакция нейронов возрастает и достигает максимальной активности во втором часу, то есть, во время наиболее глубокой фазы. По мере же прохождения наркоза активность нейронов снижается на 10 герц каждые полчаса», — рассказал Петр Косенко.
Он отметил, что результаты исследования помогут искусственным нейронным сетям эффективно отслеживать информативные признаки о наличии в воздухе какого-либо вещества. Это позволит максимально увеличить достоверность данных, получаемых с помощью биогибридных носов.
По словам разработчиков, биогибридные обонятельные системы универсальны и могут распознавать любой запах, лишь бы пахучее вещество проникало в обонятельную луковицу носителя. Кроме того, их можно обучить под потребности каждого заказчика. Так биогибридные системы, созданные в ЮФУ, могут обнаружить специфические для онкологических заболеваний вещества в выдыхаемом человеком воздухе.
В перспективе специалисты планируют создать системы, которые будут работать на постоянной основе в режиме реального времени.
«Идеальным результатом для нас с практической точки зрения, было бы создание управляемых, высокочувствительных, помехоустойчивых и функционирующих 24/7 биогибридных устройств, способных детектировать интересующие заказчика пары веществ в воздухе или почве», — отметил Петр Косенко.
Одной из вариаций внедрения таких технологий могут быть кинологические службы. Система будет работать в режиме круглосуточного отслеживания, а нейронная сеть – обрабатывать информацию и давать сигнал о потенциально-опасных веществах, например, взрывчатых или наркотических.
Исследование проведено в рамках проекта «Интеллектуальные технологии управления и обработки информации в перспективных роботизированных комплексах и гибридных системах» по программе Минобрнауки России «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»). Результаты исследования опубликованы в научном журнале «IBRO Neuroscience Reportsthis link is disabled».
