• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
05.04.2022
Сколтех
1 101

ИИ обработает активность мозга для интерфейсов мозг-компьютер и диагностики депрессии

4.6

Исследователи из Сколтеха, НИУ ВШЭ и Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН разработали набор инструментов и краудсорсинговую платформу для анализа электроэнцефалограмм — записей электрической активности мозга. Предложенное автоматизированное решение выделяет значимые компоненты сигнала ЭЭГ быстрее и с меньшей субъективностью, чем эксперты-медики. Чем больше ученых и врачей воспользуются новой платформой, тем больше будет совершенствоваться алгоритм. В перспективе платформа может стать площадкой для сообщества медиков, исследователей и энтузиастов, которые занимаются изучением сна, постинсультной реабилитацией, диагностикой эпилепсии, интерфейсами мозг-компьютер.

ИИ обработает активность мозга для интерфейсов мозг-компьютер и диагностики депрессии / ©Getty images / Автор: Артем Фомин

Исследование представлено в журнале Frontiers in Neuroinformatics. Электроэнцефалография — неинвазивное измерение электрической активности мозга посредством прикладываемых к коже головы электродов (например, при помощи вот такого устройства, недавно разработанного в Сколтехе). Полученные данные используются для исследования сна, диагностики эпилепсии, комы и др. состояний, управления гаджетами силой мысли и восстановления нормальной активности мозга, в том числе после инсульта.

ЭЭГ удобна тем, что это недорогая и неинвазивная процедура, но записанный сигнал получается весьма шумным, если сравнивать с имплантацией электродов непосредственно в мозг. При записи с поверхности головы каждый электрод регистрирует суммарную активность многих нейронов в расположенных под ним областях мозга, причем сигнал искажается, проходя через кость, кожу и другие ткани. Более того, полученная ЭЭГ может содержать следы посторонней электрической активности, связанной с морганием глаз, сердцебиением и даже током в электросети, от которой питается медицинское оборудование.

«Таким образом, есть две проблемы. Во-первых, сигнал „грязный“, и из него надо вычесть все лишнее — вклад от движения головы, дыхания, потоотделения и так далее. Во-вторых, в каждый момент времени в мозге параллельно идет множество когнитивных процессов, поэтому даже „чистый сигнал“ представляет собой сумму соответствующих им компонент. Для некоторых задач важна конкретная составляющая, например моторная активность, отвечающая за движение конечностей», — рассказал руководитель исследования, старший научный сотрудник Сколтеха Максим Шараев.

Реальная электроэнцефалограмма складывается из ряда независимых друг от друга компонент, включающих разные когнитивные процессы и шумы. Предобработка ЭЭГ обычно состоит в разложении сигнала опытным специалистом, который оценивает вклады разных компонент. Это кропотливый и во многом субъективный анализ.

«Мы автоматизировали этот процесс и устранили субъективность при помощи машинного обучения. Наш алгоритм, обученный на сотнях электроэнцефалограмм, размеченных разными экспертами, убирает шум и распознает отдельные компоненты сигнала», — объяснил Шараев. Исследователь уточнил, что подобные попытки предпринимались и прежде, но преимущество нового решения в том, что оно базируется на специально созданной краудсорсинговой платформе.

Пространственное распределение электрической активности на поверхности головы. Левая и правая картинки — примеры того, как могут выглядеть две разные компоненты, выделенные из одного и того же ЭЭГ-сигнала / ©Сколтех Гурген Согоян и другие / Frontiers in Neuroinformatics
 

Широкий круг экспертов может дополнять базу новыми ЭЭГ, записанными на другом оборудовании и с другими пациентами, а также заново размечать исходные данные. Это значит, что со временем платформа может стать центром сообщества по анализу ЭЭГ, и по мере привлечения новых специалистов искусственный интеллект будет выдавать все более точные результаты.

Вполне возможно, что в какой-то момент большое количество накопленных данных позволит диагностировать по ЭЭГ не только такие заболевания, как эпилепсия, при которых аномальная активность мозга ярко выражена, но и, например, клиническую депрессию, шизофрению, аутизм. «Над этим мы тоже работаем, но пока эта область исследований только набирает обороты и не внедрена в клиническую практику», — добавил Шараев.

Другое важное приложение — интерфейсы мозг-компьютер, которые преобразовывают считанный с мозга сигнал в команды ко внешним или имплантированным устройствам. Такая технология используется как для компенсации утраченных функций организма, так и для развлечения: команда может, скажем, приводить в движение экзоскелет для движения парализованной конечностью или включать телевизор силой мысли. «Мы в этой работе показали, что алгоритм в состоянии распознать так называемый мю-ритм — компоненту сигнала, связанную с целенаправленным движением частей тела», — отметил ученый.

Другое, смежное применение ЭЭГ — постинсультная реабилитация, в ходе которой пациент обучается вызывать активность в пострадавшем участке мозга путем мыслительных операций. При этом он использует графически представленную обратную связь на экране компьютера. Фундаментальные исследования когнитивных способностей человека также опираются на данные ЭЭГ. К этому направлению относится наука сна и эксперименты, в рамках которых подопытные выполняют разного рода задачи в то время, как ведется запись их мозговой активности. Таким образом, в частности, можно установить, какие отделы мозга задействованы в том или ином когнитивном процессе.

«Для нас главное в этом проекте — потенциал для коллабораций, — подчеркнул Шараев. — Если говорить о Сколтехе, то это сотрудничество между нашим Центром прикладного искусственного интеллекта и сокращения углеродного следа и Центром нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана. Но мы надеемся, что и за пределами института создадим мощное сообщество исследователей и инженеров, которые так или иначе работают с ЭЭГ». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

Позавчера, 11:27
Александр Березин

Глава подразделения NASA по системам исследования Луны объяснила ранее неизвестное публике условие для высадки людей на спутнике Земли в сентябре 2026 года. Скептики оценили это заявление как стремление Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США переложить ответственность за срыв сроков лунной высадки на кого-то еще.

Сегодня, 08:19
Дарья Г.

В центре далекой галактики OJ 287 находятся две черные дыры, одна из которых в сотню раз больше другой. В 2021 году астрономы подтвердили существование пары по изменению яркости объекта. Теперь же ученым удалось доказать, что источником той необычной вспышки была именно малая черная дыра.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

8 июня
Михаил Орлов

Переселение позвоночных из воды в наземно-воздушную среду жизни стало поворотным моментом в истории биосферы. Однако этот эволюционный скачок имел и серьезные побочные эффекты: он привел к потере способности восстанавливать потерянные части тела рептилиями, птицами и млекопитающими. В новой статье биологи рассмотрели генетические и эволюционные аспекты освоения суши и выяснили, что резкое ослабление регенерации стало своеобразной «расплатой» за адаптации животных к другой среде.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: