Ученые, расшифровывая сигналы мозга в реальном времени, научились определять изображения, видимые человеком

Сигналы деятельности мозга


При помощи электродов, внедренных в височные доли (temporal lobes) мозга людей, больных эпилепсией, ученым из Вашингтонского университета удалось в режиме реального времени расшифровать сигналы, связанные с изображениями, демонстрируемыми этим людям. Использованные учеными методы и технологии позволили по сигналам мозга распознать изображения лиц разных людей, зданий и прочих объектов, при этом точность распознавания превысила отметку в 95 процентов. А на практике такие технологии помогут наладить общение с людьми, которые оказались "запертыми в пределах своего мозга" в результате паралича, приступа или других заболеваний.

В данных исследованиях были задействованы добровольцы, которые проходят курс лечения в Медицинском центре Харборвью в Сиэтле. Каждый из этих людей был подвержен эпилептическим припадкам, при этом, медикаментозные способы лечения не принесли никаких положительных результатов. Поэтому каждому пациенту с их согласия во время операции на мозге были внедрены временные электроды, при помощи которых медики пытались определить точное место зарождения эпилептических припадков.

Височные доли являются областями мозга, выполняющими предварительную обработку большей части сенсорной информации и в подавляющем большинстве случаев внутри их кроются источники эпилепсии. Кроме этого, нарушения в этих областях кроются источники и других болезней, слабоумия, болезни Альцгеймера и т.п. С этой точки зрения височные доли являются одними из самых уязвимых частей мозга.

Во время эксперимента сигналы с электрокортикографических (electrocorticographic, ECoG) электродов, размещенных в различных местах височных долей, были пропущены через сложную алгоритмическую обработку. При помощи этой обработки были выделены две основных составляющих, "связанные с событиями потенциалы" (event-related potentials), значения электрических потенциалов сотен тысяч нейронов, активированных изображениями, и "широкополосные спектральные изменения" (broadband spectral changes), изменения энергии сигналов в широком частотном диапазоне.

Добровольцам, деятельность мозга которых контролировалась компьютером, показывали последовательность изображений, которые сменялись каждые 400 миллисекунд. Это были изображения лиц людей, зданий и других объектов, которые иногда чередовались с пустыми экранами, заполненными однородным серым цветом. Программное обеспечение, выполняющее обработку оцифрованных сигналов, выполняет цикл обработки со скоростью 1000 раз в секунду. Кроме этого, программа автоматически выбирает комбинацию сигналов с электродов, расположенных в разных местах, которая лучше всего коррелирует с изображением, которое демонстрируется человеку в данный момент времени.

Задачей, которую решала компьютерная система, являлось определение изображения дома, перевернутое кверху ногами. Такие изображения появлялись в среднем в 3 случаях из 300 и система успешно идентифицировала все это, ошибившись лишь в 3 процентах случаев.

Пройдя через этап предварительного обучения на известной заранее последовательности изображений, исследователи начали демонстрировать пациентам последовательности, в которых около трети содержимого выбиралось случайным образом. И в этом случае система продемонстрировала 96-процентную точность, выдавая результат спустя 20 миллисекунд после того, как человеку показывали очередную картинку.

Столь высокая точность была достигнута только за счет комбинации двух различных составляющих мозговых сигналов, о которых упоминалось чуть выше. Эта комбинация позволила ученым получить некоторое количество дополнительной информации. "Традиционно ученые рассматривали сигналы от отдельных нейронов" - пишут исследователи, - "Наш метод дает более полную картину на уровне достаточно больших и сложных нейронных сетей. Только такой подход позволяет определить моменты, когда бодрствующий человек концентрирует свое внимание на сложных визуальных объектах".

"Разработанные нами аппаратные технологии и алгоритмические методы могут быть использованы в исследованиях моторных функций, случаев заболевания эпилепсией и исследований, связанных с функционированием памяти. Кроме этого, все математические методы могут быть использованы не только по отношению к человеку, но и к любому живому существу, обладающему развитым мозгом".




Ключевые слова:
Сигнал, Мозг, Электрод, Височная, Доля, Алгоритм, Обработка, Изображение, Точность

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Создана система, способная превратить мысли человека в текстовые сообщения
  • Создана компьютерная нейронная сеть, возможности которой сравнимы с возможн ...
  • Изображения с экрана компьютера могут управлять сознанием человека.
  • Компьютер-телепат видит то, что видит или помнит человек.
  • Технология окраски мозга наночастицами для точной диагностики и лечения.




  • 3 февраля 2016 11:21
    #1 Написал: RedElf

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Эксперименты на людях - крутяк!
    Скорость заметно возрасла
        
    3 февраля 2016 11:53
    #2 Написал: bundzmm

    Публикаций: 0
    Комментариев: 500
    Мне кажется, нужно было эту задачу поручить искусственному интеллекту с доступом к сети интернет. Перебирая картинки на которые смотрит пациент он мог бы искать закономерности и обучаться впоследствии выдав конечный алгоритм. Тому-же Watson-у поручить.
        
    3 февраля 2016 14:10
    #3 Написал: Джон

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    "А на практике такие технологии помогут наладить общение с людьми, которые оказались "запертыми в пределах своего мозга" в результате паралича, приступа или других заболеваний" - Странно, а почему не упомянули о возможности создания виртуальной реальности в игровом или познавательном процессе...?
    Кстати, обратите внимание на последний абзац... Бедные дельфины.
        
    3 февраля 2016 18:54
    #4 Написал: santilo

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Желтушный заголовок, ппц.
    Я сначала подумал, что к голове подрубают прибор, с помощью которого можно считать изображение, которое видит испытуемый. Типа, расшифровали протокол передачи данных по глазному нерву, или что-то вроде.
    А на самом деле просто научили искусственную нейронную сеть различать сигналы с датчиков, реагирующих на активность естественной нейронной сети в ответ на изображение перед глазами.
    Ну... вау, че.
        
    3 февраля 2016 23:15
    #5 Написал: AsusF74tr

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    santilo,
    Ну да, это же каждый второй сможет сделать.
        
    4 февраля 2016 09:25
    #6 Написал: bundzmm

    Публикаций: 0
    Комментариев: 500
    santilo,
    для этого, думаю, проще рассечь глазной нерв и поставить промежуточный "мост" который не препятствовал бы прохождению нейронных импульсов, параллельно считывая их а также, при необходимости, симулируя их (к примеру, передавая сигналы от камеры на головном уборе или находящейся прямо в глазнице давая возможность видеть слепым либо видеть в темноте военным/ученым. но тогда опять-же нужен алгоритм обратного конвертирования цифрового потока в сигналы синапсов зрительного нерва).
        
    4 февраля 2016 15:24
    #7 Написал: dymbo

    Публикаций: 0
    Комментариев: 20
    > для этого, думаю, проще рассечь глазной нерв

    вас надо в поликлинику сдать. для опытов.
        
    4 февраля 2016 15:46
    #8 Написал: enigman

    Публикаций: 0
    Комментариев: 170
    Цитата: bundzmm
    и поставить промежуточный "мост" ... симулируя их (к примеру, передавая сигналы от камеры на головном уборе

    Были подобные опыты, только мост ставили не на зрительный нерв, а втыкали группу электродов в зрительную кору. Поле зрения получалось небольшим, но позволяло слепому ориентироваться в пространстве и читать крупные газетные заголовки. Но неотторгаемых мозгом электродов еще не придумали, поэтому подобные вещи все еще на стадии экспериментальных образцов.
        
    4 февраля 2016 19:47
    #9 Написал: Джон

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    dymbo - Он предложил свой вариант решения проблемы,
    "enigman" профессионально и корректно внес поправки и уточнения. Вы, не предложив ничего конкретного, нахамили...

    Для общего развития: опыты проводятся в специализированных лабораториях.
        
    8 февраля 2016 11:22
    #10 Написал: bundzmm

    Публикаций: 0
    Комментариев: 500
    Джон,
    ничего страшного, человек написал что подумал, я поулыбался, настроение поднялось)
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.