По магнитной картинке мозга можно прочесть жесты человека. И безо всякой трепанации
Магнитное поле проходит сквозь кости черепа без искажений. Поэтому ученые сосредоточились на получении магнитной картинки мозга. Она позволила «прочитать» активность мозга без трепанации
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего нашли способ различать жесты рук человека, изучая исключительно данные неинвазивной визуализации мозга и без информации от самих рук. Полученные результаты являются первым шагом в разработке неинвазивного интерфейса мозг-компьютер, который позволит пациентам с параличом, ампутированными конечностями или другими физическими проблемами использовать свой мозг для управления устройствами, помогающими выполнять повседневные задачи.
«Нашей целью было обойтись без инвазивного вмешательства», — говорит старший автор статьи Мингсионг Хуанг, — «Магнитоэнцефалография — МЭГ — обеспечивает безопасный и точный вариант для разработки интерфейса мозг-компьютер».
Магнитный шлем
Исследователи подчеркнули преимущества МЭГ, которая использует шлем со встроенным массивом из 306 датчиков для обнаружения магнитных полей, создаваемых электрическими токами нейронов. Альтернативные методы интерфейса мозг-компьютер включают электрокортикографию (ЭКоГ), которая требует хирургической имплантации электродов в кору мозга, и скальповую электроэнцефалографию (ЭЭГ), которая определяет активность мозга менее точно, поскольку электромагнитное поле сильно искажается костями черепа.
«С помощью МЭГ я могу увидеть, как мозг думает, не делая трепанацию и не прикладывая электроды к самому мозгу», — говорит соавтор исследования Роланд Ли. — «Мне просто нужно надеть шлем МЭГ на голову. Нет никаких электродов, которые могут сломаться при имплантации, нет дорогостоящих, деликатных операций на мозге, нет возможных инфекций мозга».
Ли сравнивает безопасность МЭГ с измерением температуры: «МЭГ измеряет магнитную энергию, излучаемую вашим мозгом, подобно тому, как термометр измеряет тепло, выделяемое вашим телом. Это делает МЭГ абсолютно неинвазивным и безопасным».
Камень-ножницы-бумага
В исследовании оценивалась возможность использования МЭГ для распознавания жестов рук, сделанных 12 добровольцами. На добровольцев надели шлем МЭГ и попросили сделать один из жестов, используемых в игре «Камень-ножницы-бумага». Функциональная информация МЭГ накладывалась на МРТ-изображения, которые давали структурную информацию о мозге. Для интерпретации полученных данных использовалась модель глубокого обучения под названием MEG-RPSnet.
«Особенность этой нейросети в том, что она сочетает в себе пространственные и временные характеристики одновременно», — пишут ученые. — «Это основная причина, по которой она работает лучше, чем предыдущие модели».
Когда были получены результаты исследования, ученые обнаружили, что их методы могут быть использованы для различения жестов рук с точностью более 85%. Эти результаты были сопоставимы с результатами предыдущих исследований с использованием инвазивного интерфейса мозг-компьютер ЭКоГ.
Команда также обнаружила, что измерения МЭГ только половины областей мозга могут дать результаты с небольшой (2-3%) потерей точности, это значит, что будущие шлемы МЭГ могут потребовать гораздо меньшего количества датчиков.