Некоторые люди застряли в ловушке своего разума, не могут думать и чувствовать, но не могут выразить себя, потому что травмы или болезни мозга нарушили их коммуникации с внешним миром.
Чтобы помочь тем, кто находится в таких ситуациях, ученые из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе показали, что они могут использовать свет, чтобы определить, что происходит в чьей-то голове. Исследователи используют светодиодный свет, излучаемый снаружи головы внутрь, для обнаружения активности в области мозга, отвечающей за визуальную обработку, а затем декодируют сигналы мозга, чтобы определить, что видит человек.
Достижение этого подвига потребовало разработки инструментов нейровизуализации и методов анализа, которые на один шаг приблизили эту область к решению гораздо более сложной проблемы декодирования языка.
Изучение сигналов мозга
Исследование, доступно онлайн в журнале NeuroImage, демонстрирует потенциал диффузная оптическая томография высокой плотности (HD-DOT). Неинвазивная носимая технология визуализации мозга на основе света, которая достаточно чувствительна и точна, чтобы быть потенциально полезной в таких приложениях, как это.
«МРТ можно использовать для расшифровки сигналов мозга, но для этого требуется сканер, и вы не можете ожидать, что кто-то будет думать в сканере каждый раз, когда он хочет общаться», — говорит старший автор. Джозеф П. Калвер, Профессор радиологии Вашингтонского университета.
С помощью этого оптического метода пользователи смогут сесть в кресло, надеть кепку и использовать эту технологию для общения с людьми. Мы еще не совсем там, но мы добиваемся прогресса. В этой статье мы показали, что с помощью оптической томографии мы можем декодировать некоторые сигналы мозга с точностью более 90%, что является очень многообещающим.
Джозеф П. Калвер
Как работает технология декодирования сигналов мозга
Когда нейронная активность увеличивается в какой-либо области мозга, насыщенная кислородом кровь приливает к ней, чтобы подпитывать активность. HD-DOT использует свет для обнаружения этого кровоснабжения. Участники надевают кепки с десятками волокон, которые пропускают свет от крошечных светодиодов к голове. После того, как свет прошел через голову, детекторы фиксируют динамические изменения цвета ткани мозга в результате изменений кровотока.
Калвер, первый автор, его ученик Калян Трипати и его коллеги решили оценить потенциал HD-DOT для декодирования сигналов мозга. Они начали с визуальной системы, потому что это одна из наиболее изученных функций мозга.
Как было усовершенствовано считывание сигналов мозга?
Фазы 1
Исследователи начали с простого. Они набрали пять участников для нескольких сеансов продолжительностью от пяти до десяти минут, в ходе которых участникам показывали рисунок в виде шахматной доски в левой или правой части поля зрения в течение нескольких секунд за раз, перемежающийся паузами, во время которых изображение отсутствовало.
Исследователям удалось определить правильное положение доски (слева, справа или вообще не видно). с точностью от 75% до 98%.
Фазы 2
После первой «тренировки» исследователи усложнили задачу. Они показали участникам шахматный клин, который вращался со скоростью 10 градусов в секунду. Три участника просидели шесть семиминутных смен в два разных дня. Используя ту же модель и стратегию выполнения тестов, исследователи смогли точно определить положение клина с точностью до 26 градусов.
Звучит сложно? Посмотрите, понимаете ли вы нас больше, с помощью этого видео:
Полученные данные являются первым шагом к конечной цели облегчения общения для людей, которые пытаются выразить себя из-за церебрального паралича, инсульта или других подобных состояний.
И сейчас?
«Кажется, что пройтись по доскам, чтобы выяснить, какие слова кто-то произносит внутри, — это огромный скачок», — говорит Калвер. «Но многие принципы одинаковы. Цель состоит в том, чтобы помочь людям общаться, и то, что мы узнали, расшифровав эти мозговые сигналы, является серьезным шагом к этой цели».
