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
Гуманоидный робот с ИИ начал работать в лаборатории по созданию лекарств
Новости
Зонд «Афина» готовится к посадке у южного полюса Луны: где смотреть трансляцию
Космос
Китайские ученые «хранили свет» более часа: это новый рекорд
Наука
Предложена теория, которая объединяет квантовую механику и общую теорию относительности
Наука
Часть приборов «Вояджеров» отключат ради продления миссии за пределами Солнечной системы
Космос
Google тестирует поиск на основе ИИ: он дает ответы на развернутые вопросы
Новости
Свет впервые превратили в твердое тело, которое течет как жидкость
Наука
Квантовые технологии становятся компактнее: физики охладили атомы в системе на чипе
Новости
Модуль Blue Ghost поймал сигнал GPS на поверхности Луны
Космос
Сэм Альтман объявил о задержке выхода ChatGPT-4.5 и анонсировал изменение системы оплаты
Новости
В Китае нашли останки «гигантского» скорпиона, который жил в эпоху динозавров
Наука
Астрономы наблюдали сигналы от планеты, которую разорвала собственная звезда
Космос
Опубликовано подробное видео посадки модуля Blue Ghost на Луну
Космос
Китайский квантовый чип в квадриллион раз превзошел лучший суперкомпьютер
Новости
Камеры НАСА сняли ударную волну от сверхзвукового самолета
Новости
Генетики вывели «шерстистых» мышей: это часть проекта по возрождению мамонта
Наука
«Джеймс Уэбб» изучил атмосферу одинокого блуждающего газового гиганта
Космос
Lenovo представила сверхтонкий ноутбук, который заряжается от солнечного света
Новости
Первые звезды наполнили Вселенную водой до появления галактик, предполагают ученые
Космос
Физики создали магнитные вихри, способные имитируют работу синапсов нейронов
Наука