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
Российский планшет Yadro поступил в продажу: известна его цена и планы на будущее
Новости
Стала известна цена первого российского электромобиля «Атом»
Новости
Опубликованы самые детальные фото поверхности Европы
Космос
Первую в мире водородную яхту спустили на воду: ее длина больше 100 м
Новости
Открытие ученых впервые подтвердило правоту Эйнштейна
Космос
У зонда летящего к Меркурию произошел сбой двигателя
Космос
Замороженная ткань мозга восстановилась после 18 месяцев криоконсервации
Наука
Редкий глубоководный кальмар попал на видео, напав на подводную камеру
Наука
Экспресс-тест обнаруживает инсульт менее чем за шесть часов после первых симптомов
Наука
Канадский фермер, возможно, нашел на поле обломок ракеты SpaceX
Космос
Квантовую связь создали с помощью обычного городского оптоволоконного кабеля
Новости
Частный спутник сфотографировал МКС с расстояния 70 км
Космос
Ученые сварили пиво с помощью пчел-убийц
Наука
В НАСА рассказали, что вызвало самую мощную геомагнитную бурю десятилетия
Космос
Суперноги от MIT помогут людям быстро вставать после падений на Луне
Космос
Первому в мире ребенку вылечили глухоту с помощью генной терапии
Наука
Ученые нашли семь звезд в Млечном Пути, рядом с которыми могут жить инопланетяне
Космос
Забота об экологии и цифровой мир: какой софт помогает заботиться об окружающей среде?
Мнения
«Уэбб» поймал самое старое слияние черных дыр: через 740 млн лет после Большого взрыва
Космос
Искусственный интеллект научили распознавать сарказм
Новости