Медицина

Ученым удалось прочитать мысли обезьян при помощи функционального УЗИ

“Столетник” | 19.04.2021
Благодаря нейронным имплантатам чтение мыслей больше не является научной фантастикой. Например, по время сборки модели или конструктора крошечный чип с множеством электродов, имплантированный в мозг, может слушать потрескивание нейронов по время движений рук. Затем сложные алгоритмы искусственного интеллекта могут декодировать эти электрические сигналы в реальном времени. И внутренний язык мозга, позволяющий планировать и двигать пальцами, расшифрован. Потом полученные данные можно применить к роботизированным «рукам», и теперь конструктор сможет собирать робот, управляемый силой мысли.

Интерфейсы мозг-машина – это не просто развлечение для ученых. Когда они станут реальностью, это станет спасением для миллионов людей, частично или полностью парализованных, или утративших какую-либо конечность.

Проблема импланта – это имплант

Как можно понять из самого названия, даже у самого продвинутого нейронного имплантата есть проблема: это имплант. То есть для того, чтобы он работал, необходимо совершить хирургическое вмешательство в самой хрупкой и сложно устроенной области – человеческом мозгу.

Чтобы электроды надежно считывали электрическую вибрацию, они должны проникнуть через защитную мембрану в ткань мозга. Помимо потенциальной опасности заражения в момент проникновения, со временем вокруг электродов накапливаются повреждения, искажающие их сигналы или даже делающие их непригодными для использования.

До сегодняшнего дня все эксперименты в этой области проводятся с добровольцами, которым уже имплантированы электроды в связи с лечением эпилептических припадков или других заболеваний. Это довольно сложная операция с множеством ограничений, вот почему выборка для исследований такая небольшая, а массовое применение метода невозможно.

1033907.jpg

Новое решение

В новом выпуске издания «Neuron» опубликовано исследование ученых Калифорнийского технологического института, в котором они нашли способ считывать данные мозга без какого-либо физического контакта. Ключом к этому стал относительно новый в нейробиологии метод: функциональный ультразвук, который использует звуковые волны для захвата активности мозга.

Результаты получились действительно обнадеживающими. У обезьян эта технология смогла надежно предсказать движение их глаз и жесты рук после всего лишь одного испытания, без обычного длительного процесса обучения, необходимого для декодирования движения. Если эта новая технология «чтения мыслей» подтвердит свою эффективность и у людей, это будет тройное достижение:
  • минимальное хирургическое вмешательство
  • минимальное обучение
  • максимальные возможности для декодирования сигналов мозга.

Другие возможности УЗИ

Ультразвук получил широкое распространение в медицине. Это всем известная УЗИ-диагностика. В методике используется датчик, который излучает ультразвуковые импульсы в тело и находит границы в структуре ткани, анализируя отраженные звуковые волны. Примерно десять лет назад нейробиологи поняли, что они могут адаптировать эту технологию для сканирования мозга. Вместо того, чтобы напрямую измерять электрическую вибрацию мозга, они сосредоточились на кровотоке. Когда определенные области или цепи мозга активны, ему требуется гораздо больше энергии, что обеспечивается усилением кровотока. Таким образом, как отмечают авторы исследования, функциональный ультразвук работает аналогично функциональной МРТ, но с гораздо более высоким разрешением - примерно в десять раз.

Ключевым стал вопрос о том, достаточно ли изображений динамики кровотока мозга в пространстве и во времени с высоким разрешением, чтобы расшифровать что-то полезное о поведении человека. Есть масса причин для сомнений. Дело в том, что функциональное УЗИ гораздо менее прямой сигнал, чем электроды.

e1ea462972f5462a831684c4a740ab8c.jpg

Хроники эксперимента

Новое исследование подвергло функциональный ультразвук окончательной проверке: сможет ли он надежно определить намерение движения у обезьян? Поскольку их мозг наиболее похож на человеческий, макаки-резусы были выбраны для проверки новой адаптации технологии интерфейса мозг-машина для людей.

Команда сначала вставила небольшие ультразвуковые преобразователи в черепа двух макак-резусов. Эта операция не затрагивает мозг или его защитную мембрану, она происходит только на черепе. По сравнению с имплантацией электродов это означает, что сама мозговая ткань физически не повреждается.

Устройство было подключено к компьютеру, который контролирует направление звуковых волн и улавливает сигналы от мозга.

Потом были проведены тесты. В первом отслеживалось движение глаз. Обезьяны научились сосредотачиваться на центральной точке экрана компьютера. Затем слева или справа вспыхивала вторая точка. Задача обезьян заключалась в том, чтобы взглянуть на новую точку. Для этого их стимулировали банановым смузи при каждой успешной попытке. Это кажется простым, но требует сложных вычислений в мозгу. Во втором тесте обезьяны обучились манипулировать джойстиком, чтобы перемещать курсор на новую точку и получить новую порцию лакомства.

Ультразвуковые данные, фиксирующие активность мозга, вводились в сложный алгоритм машинного обучения, чтобы угадать намерения обезьян. Вот что интересно: после обучения, используя данные всего лишь одного испытания, алгоритм смог правильно предсказать фактическое движение глаз обезьяны - влево или вправо - с точностью примерно 78%. Точность правильного маневрирования джойстиком была еще выше - почти 90 процентов. То есть фактически обезьяны смогли силой мысли перемещать курсор на новую точку.

Большие перспективы

История этой технологии еще только начинается. Сфокусированный ультразвук намного моложе, чем любые нейронные имплантаты на основе электродов, и еще не может надежно декодировать движения на 360 градусов или тонкие движения пальцев. На данный момент технология требует провода для подключения устройства к компьютеру и имеет еще много ограничений. Но она определенно движется в будущее, в котором разум и машины будут беспрепятственно соединены.

Текст: Юлия Долженкова.
0 комментариев 0
Загрузка комментариев...
Получайте последние новости!