第75章:核心算法突破
第75章:核心算法突破 (第1/2页)John醒来后的两周,NeuroLink又成功唤醒了两位患者。
一位是DOC-02号,中风后昏迷8个月的45岁男性,醒来后能认出家人,能说简单的句子。
另一位是DOC-09号,溺水后昏迷18个月的女性,醒来后虽然还不能说话,但眼神清澈,能用眨眼回答问题。
三例成功,让整个团队都兴奋不已。
但林煜知道,这还不够。
十月的某天晚上,他一个人坐在实验室里,盯着三位患者的所有数据。
脑电记录、刺激参数、药物剂量、康复进程......几十个G的数据,密密麻麻地排列在屏幕上。
“一定有规律。“他喃喃自语。
三个人,年龄不同,病因不同,昏迷时间不同,但都醒来了。
为什么?
他们有什么共同点?
林煜开始一遍遍地回放数据,寻找隐藏的模式。
凌晨两点,他突然看到了什么。
三位患者在唤醒过程中,脑电波的演化轨迹惊人地相似。
从混沌无序,到出现微弱节律,再到功能连接增强,最后形成稳定的意识网络——整个过程,就像是大脑在一个特定的“轨道“上运动。
“吸引子......“林煜的眼睛亮了。
他想起非线性动力学里的一个核心概念:吸引子(attractor)。
在复杂系统中,无论初始状态如何,系统最终都会被“吸引“到某些特定的状态。就像水总会往低处流,摆锤最终会停在平衡位置。
大脑,会不会也是这样?
昏迷状态,是一个“吸引子“。
意识状态,是另一个“吸引子“。
而唤醒的过程,就是把大脑从“昏迷吸引子“推向“意识吸引子“!
“如果是这样......“林煜激动得站起来。
如果是这样,那就不需要针对每个患者单独设计方案了。只需要找到这个“推动“的通用规律,就能设计出一套标准化的唤醒系统!
接下来的一周,林煜几乎住在了实验室。
他把物理系学到的所有非线性动力学知识都用上了:
相空间重构、Lyapunov指数、分岔理论、混沌吸引子......
他把大脑建模成一个高维的动力系统,用脑电数据重建状态空间,然后寻找“意识“和“昏迷“这两个吸引子的位置。
代码一行行地写,数学推导一页页地算。
python#意识检测与唤醒系统(CDAS-ConsciousnessDetectionandArousalSystem)
#核心算法:基于非线性动力学的大脑状态空间分析
importnumpyasnp
fromscipy.integrateimportodeint
fromsklearn.manifoldimportTSNE
#步骤1:相空间重构
defphase_space_reconstruction(eeg_data,delay,dimension):
“““
从脑电数据重建相空间
eeg_data:128通道脑电数据
delay:时间延迟
dimension:嵌入维度
“““
n_channels,n_samples=eeg_data.shape
#...重构算法
returnphase_space
#步骤2:吸引子识别
defidentify_attractor(phase_space):
“““
识别大脑状态的吸引子位置
返回:吸引子中心坐标和吸引域半径
“““
#用聚类算法找吸引子中心
#...
returnattractor_center,basin_radius
#步骤3:刺激轨迹优化
defoptimize_stimulation(current_state,target_attractor):
“““
计算最优刺激轨迹
从当前状态推向目标吸引子
“““
#用变分法求解最优控制问题
#...
returnoptimal_trajectory
```
一周后的凌晨四点,最后一行代码写完了。
林煜按下回车,程序开始运行。
屏幕上,三位患者的数据被输入系统,算法自动分析,输出结果:
```
PatientDOC-07(John):
-昏迷吸引子位置:[-2.3,0.8,1.2,...]
-意识吸引子位置:[1.8,-0.5,2.1,...]
-吸引子间距离:4.7个标准差
-最优刺激轨迹:[计算完成]
-预测唤醒成功率:87%
PatientDOC-02:
-昏迷吸引子位置:[-2.1,0.9,1.0,...]
-意识吸引子位置:[1.9,-0.6,2.0,...]
-吸引子间距离:4.5个标准差
-最优刺激轨迹:[计算完成]
-预测唤醒成功率:83%
PatientDOC-09:
...
林煜盯着这些数字,心跳得很快。
成功了。
算法不仅能检测意识,还能预测唤醒成功率,甚至能优化刺激方案。
他立刻用这个算法分析了所有十位患者:
已成功唤醒的三位:预测成功率都在80%以上✓
目前还在治疗的四位:预测成功率60-75%
放弃治疗的三位:预测成功率低于30%
完美吻合!
“CDAS......“林煜给这个系统起了个名字,“意识检测与唤醒系统(ConsciousnessDetectionandArousalSystem)。“
第二天早上,林煜把Sarah叫到了实验室。
“我开发了一个新系统。“他直接说。
Sarah看着屏幕上密密麻麻的代码和数学公式,愣了一下:“这是......“
“CDAS,意识检测与唤醒系统。“林煜解释道,“基于非线性动力学理论,可以自动检测患者的意识状态,预测唤醒成功率,并优化刺激方案。“
他演示了一遍算法的工作流程。
Sarah看得目瞪口呆。
“林煜,你知道这意味着什么吗?“她的声音在颤抖。
“意味着我们可以标准化整个流程?“
“不止这些!“Sarah激动地站起来,“意味着这个技术可以推广!任何医院,只要有脑电设备,输入数据,就能用这个系统评估患者,设计治疗方案!“
她在实验室里来回踱步,眼睛发亮。
“林煜,这是革命性的。“她转过身,“我们要申请专利。“
“专利?“
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