Электроды в мозге поймали едва уловимый сигнал внутреннего голоса

Работа опубликована в библиотеке препринтов medRxiv. «Нейроученые постепенно переходят от концепции, что есть область мозга, которая отвечает за ту или иную функцию, к концепции, что за функцию отвечает некоторая сеть динамически взаимодействующих областей.

И в решении моторных задач, например, участвует множество областей, что подтверждается и нашими результатами, — рассказывает Николай Сыров, один из авторов исследования, старший научный сотрудник Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана в Сколтехе. — Возникает интересный вопрос: если функции не локализованы в одном месте, а распределены по коре, можем ли мы зарегистрировать электрическую активность мозга и понять, что он пытается сделать, не зная заранее, какого рода намерение мы ищем?»

Этот вопрос лежит в основе концепции мультимодальных нейроинтерфейсов — так называются мозговые чипы, которые, в отличие от большинства существующих решений, не ориентированы на одну конкретную функцию. Вместо того, чтобы искать только сигналы, которые кодируют намерение пошевелить протезом, или только связанные с речью сигналы, мультимодальный интерфейс будет сам определять по электрической активности, к какой категории она относится. Ученые из Сколтеха считают, что за этим подходом — будущее интерфейсов «мозг — компьютер», однако для его реализации потребуется еще множество подобных исследований, которые прояснят тонкости распределения функций по областям мозга.

В нынешнем исследовании участвовали два пациента с эпилепсией. Обоим по медицинским показаниям имплантировали электроды в мозг в Федеральном центре нейрохирургии Минздрава РФ в Тюмени. Таким образом врачи ищут очаг эпилептической активности. То есть расположение электродов не мотивировано ожиданиями ученых касательно возможной локализации в мозге активности, связанной с письмом и речевыми задачами, которые были предложены пациентам.

В первом задании пациенты писали цифры на планшете. Во втором они сперва произносили слова вслух, потом беззвучно артикулировали их (шевелили губами и прочее) и наконец лишь воображали произнесение слов, без какого бы то ни было движения языка, губ и так далее. Все это время с электродов велась непрерывная запись мозговой активности.

Ученые обнаружили, что задача по письму, которая, по сути своей, является двигательной, вызывала не локализованную активность: сигнал принимают все электроды, независимо от их положения. Такая картина соответствует ожиданиям ученых, что координированное движение сопряжено с распределенной по коре головного мозга активностью.

В некоторых участках мозга активность наблюдалась при реализации обеих функций: говорения и письма. С точки зрения перспективы реализации мультимодальных интерфейсов это — хороший знак.

Что касается речевой задачи, электрическая активность при полноценном говорении и при немой артикуляции хорошо соответствовали друг другу. А сигнал «внутреннего голоса», пусть он и оказался существенно слабее, все же отлично вписывался в ту же картину. Это логично, ведь эту едва уловимую активность можно рассматривать как сигнал речи за вычетом движения органов артикуляции и слуха. Такой «остаточный» сигнал может быть связан, например, с извлечением слов из памяти. «Любая попытка зарегистрировать сигнал внутреннего голоса сама по себе интересна тем, что вы в каком-то смысле читаете мысли. Не так много научных групп, которые этим занимаются», — поделился первый автор статьи, младший научный сотрудник Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Гурген Согоян.

Важное нововведение работы научной группы из Сколтеха — это запись мозговой активности у одних и тех же пациентов при решении как речевой, так и моторной задачи. Обычно две эти функции рассматривают отдельно, хотя говорению присущ двигательный аспект: органы речи движутся. Регистрация сигнала у одного индивида, выполняющего разные задачи, со временем позволит определить области пересечения соответствующих функций в нервной системе. Это знание необходимо для создания мультифункциональных нейроинтерфейсов, которые смогут декодировать разные функции, включая намерения чем-то пошевелить и что-то сказать.

Сколтех

414 статей

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Показать больше