ディープラーニングで義眼と脳の通信を改善(Deep learning refines how bionic eyes communicate with the brain)

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20206-08-07 カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)

カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)の研究チームは、深層学習を利用して、人工網膜(バイオニックアイ)から脳へ送られる視覚信号をより生体の視覚処理に近づける手法を開発した。従来の人工網膜では、電気刺激によって網膜神経節細胞を一律に活性化するため、脳に伝わる信号が自然な視覚情報と大きく異なり、視認性や解像度に限界があった。研究では、網膜神経細胞の複雑な応答を深層学習モデルで再現し、電気刺激パターンを最適化することで、脳に伝わる情報をより効率的かつ自然なものにできることを示した。このアプローチは、人工網膜による視覚回復の精度向上だけでなく、脳と人工感覚器をつなぐ神経インターフェース全般の設計にも応用できる可能性がある。AIによる神経信号の最適化と生体模倣型の刺激設計を組み合わせることで、将来的な高性能な視覚補助技術につながることが期待される。

hand holding a pair of prosthetic glasses
UCSB’s Michael Beyeler is using AI to improve visual cortical prostheses, or “bionic eyes.”
Photo Credit:Matt Perko

<関連情報>

深層学習に基づくヒト視覚野における電気刺激誘発活動の制御 Deep learning-based control of electrically evoked activity in human visual cortex

Pehuén Moure ∙ Jacob Granley ∙ Fabrizio Grani ∙ … ∙ Shih-Chii Liu ∙ Michael Beyeler ∙ Eduardo Fernández
Neuron  Published:August 7, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2026.07.006

Highlights

  • Deep learning predicts trial-resolved population activity in the human visual cortex
  • Optimized stimulation patterns shape evoked activity with lower currents
  • Achievable responses lie on a low-dimensional intrinsic neural manifold
  • Population activity predicts perceptual reports better than stimulation alone

Summary

Visual cortical prostheses offer a promising path to sight restoration, but current systems elicit crude, variable percepts and rely on manual electrode-by-electrode calibration that does not scale. These limitations reflect a deeper challenge: electrical microstimulation evokes nonlinear, state-dependent population responses in the human visual cortex, complicating the link between stimulation and perception. Here, we present a deep learning framework that leverages a bidirectional cortical implant to causally shape stimulation-evoked population activity in the human visual cortex. The framework, trained on trial-resolved neural recordings, supports two complementary control strategies: a learned inverse network for real-time stimulation synthesis and a gradient-based optimizer for precise targeting. Both outperform conventional methods, achieve targets at lower stimulation currents, and elicit more consistent perception. Achievable responses lie on the intrinsic low-dimensional manifold of cortical activity, and recorded population activity predicts reported percepts substantially better than stimulation parameters alone. Together, these results provide a population-level foundation for linking microstimulation, cortical activity, and perception in the human visual system.

医療・健康
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