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 оказался 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, чтобы обнаружить активность в области мозга, отвечающей за обработку изображений, а затем расшифровывают 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 декодирования сигналов мозга, но для этого требуется сканер, и нельзя ожидать, что кто-то будет думать в сканере каждый раз, когда захочет пообщаться», — 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 просто. Они набрали пять участников для нескольких сеансов продолжительностью от пяти до 10 минут, в ходе которых участникам в течение нескольких секунд показывали шахматную доску в левой или правой части поля зрения, перемежаясь паузами, во время которых изображения не было.
Исследователям удалось определить правильное положение доски (слева, справа или вообще не видно). с точностью от 75% до 98%.
Фазы 2
После первого «обучения» исследователи усложнили задачу. Они показали участникам клин шахматной доски, который вращался со скоростью 10 градусов в секунду. Трое участников сидели шесть семиминутных раундов в два разных дня. Используя ту же модель и стратегию выполнения тестов, исследователи смогли точно определить местоположение клина с точностью до 26 градусов.
Звучит сложно? Посмотрите, понимаете ли вы нас больше, с помощью этого видео:
Полученные результаты являются первым шагом на пути к конечной цели – облегчению общения для людей, которые испытывают трудности с самовыражением из-за церебрального паралича, инсульта или других подобных состояний.
И сейчас?
«Кажется, это огромный скачок — перейти от шахматной доски к пониманию того, какие слова кто-то произносит про себя», — говорит Калвер. «Но многие принципы одинаковы. Цель состоит в том, чтобы помочь людям общаться, и то, что мы узнали, расшифровав эти сигналы мозга, является уверенным шагом к этой цели».
