Ученые предложили новый подход к изучению активности головного мозга

Результаты исследования повысят эффективность разработки нейрокомпьютерных интерфейсов и глубокой стимуляции мозга для лечения неврологических заболеваний.

Ученые Института искусственного интеллекта AIRI, Сколтеха, МГУ и ИЭФБ РАН впервые математически доказали взаимосвязь бегущих кортикальных волн с вращательной динамикой для нейронных данных. Исследователи применили методы машинного обучения, чтобы проанализировать пять датасетов, созданных на основе экспериментальных наблюдений за моторной и префронтальной корой головного мозга обезьяны и мыши. Результаты опубликованы опубликовано в Scientific Reports.

Сегодня одним из наиболее популярных экспериментов по изучению работы мозга во время двигательной активности считается анализ движений руки (reaching experiment), записываемый при помощи имплантируемых в структуры головного мозга электродов. Далее научное сообщество традиционно использует две модели интерпретации данных: репрезентативную и динамическую. Согласно репрезентативному подходу, каждый отдельный нейрон отвечает за свой параметр движения конечности: ускорение, скорость и направление движения руки, его угол и другие характеристики. В то время, как динамическая модель рассматривает в качестве объекта изучения двигательную активность в целом, фокусируясь не на отдельных нейронах, но на их общей динамике. 

В ходе исследования, работа над которым длилась с осени 2022 года, ученые предложили отойти от конкурирующих гипотез и сосредоточиться исключительно на анализе волн. Наряду с доказательством взаимосвязи двух феноменов головного мозга — бегущих кортикальных волн и вращательной динамики, — команда представила два метода для количественной оценки волны.

Так, первый метод — оценка кривизны волны без сжатия данных — позволяет анализировать обороты и скорость движения волны в 2D-проекции, не теряя полезную информацию. Через еще один параметр, вращательную плоскость, аналитики могут выражать векторы и строить двумерные графики для отображения характеристик волны с динамикой изменений.  Второй метод — оценка вращательной степени — дает возможность оценивать истинную динамику нейронной активности в данных и сравнивать их между собой, в то же время наглядно демонстрируя, как двумерная проекция портит первоначальные данные.

«Отличительной особенностью нашей работы стал фокус на природе волн с точки зрения науки о данных. Группа не пыталась поддержать динамическую или репрезентативную модель, поскольку любая модель спускается до интерпретации: исследователи получают информацию и на ее основе приходят к каким-либо выводам. Нашей целью был математический подход со строгими требованиями и условиями — этот подход позволит расширить существующую научную картину мира. Предлагаемые нами методы будут полезны ученым в разработке нейрокомпьютерных интерфейсов и в изучении стимуляции мозга — направлении нейронауки, исследующем возможности лечения неврологических заболеваний», – подчеркнула Екатерина Кузьмина, автор исследования, младший научный сотрудник группы лаборатории «Сильный ИИ в медицине» Института AIRI.

Читать далее:

Найден дешевый способ извлекать золото из «отходов»

Посмотрите, как быстро тонут города: опубликованы новые снимки спутника НАСА

Астрономы изучили радиоджет, который движется быстрее скорости света


Обложка:
Nevit Dilmen
Wikimedia Commons | Сведения о лицензии

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Ученые создают датчики, похожие на усики комаров, для обнаружения землетрясений
Наука
ИИ диагностирует диабет, ВИЧ и COVID по одному образцу крови
Наука
Китайские генетики создали «рис для укрепления здоровья сердечной системы»
Наука
Тяжелое генетическое заболевание вылечили до рождения в утробе матери
Наука
Высокоскоростная съемка показала, что происходит с каплей при падении в бассейн
Наука
В России создали ИИ-платформу для ускоренной разработки лекарств
Иннополис
Физики побили рекорд Китая по удержанию плазмы в искусственном Солнце
Наука
Мертвая галактика посылает мощные радиовсплески: ученые не могут это объяснить  
Космос
«Невозможная» пара звезд-вампиров странно ведет себя в космосе
Космос
В iPhone 16e стоят чипы, которые оказались недостаточно хороши для iPhone 16
Новости
Выяснилось, как темная тема на сайтах влияет на гаджеты
Новости
Ученые впервые создали «пластичный» инопланетный лед
Наука
В каких странах больше боятся замены людей на ИИ, показало исследование
Наука
Мини-землетрясения под ледяным щитом Гренландии могут изменить уровень моря
Наука
Посмотрите, как Blue Ghost летит над обратной стороной Луны
Космос
Польский стартап представил робота с искусственными мышцами и костями
Новости
Ископаемые находки меняют представление об эволюции неандертальцев
Наука
Microsoft представила квантовый чип Majorana 1 «из новой формы материи»
Новости
Посмотрите на огненный дождь в небе: фрагменты ракеты SpaceX упали в Европе
Космос
Жители России смогут наблюдать редкое астрономическое явление в феврале
Космос