Российские ученые с помощью нейросети усовершенствовали технологию нейрообратной связи
Ученые НИУ ВШЭ и AIRI сократили в 50 раз задержку между изменением активности мозга и предъявлением сигнала обратной связи для задач нейробиоуправления. Таких результатов удалось достичь за счет использования нейронной сети, обученной решать задачу фильтрации с минимальной задержкой на данных электрической активности мозга людей. Это открывает новые возможности в лечении синдрома дефицита внимания и эпилепсии.
Статья опубликована в Journal of Neural Engineering. Метод нейрообратной связи — это разновидность биоуправления, которая применяется еще с 1960-х годов. Суть его в том, что человек получает информацию о параметрах работы собственного мозга, регистрируемых, как правило, при помощи электроэнцефалограммы (ЭЭГ), и на основе этого учится управлять своей мозговой активностью. К примеру, он может научиться более эффективно расслабляться, узнавая о своих альфа-ритмах в затылочной зоне, увеличение мощности которых в норме сопутствует расслабленному состоянию. Сфера применения технологии нейрообратной связи широка — от лечения СДВГ, эпилепсии, депрессии до тренировки стрессоустойчивости и подготовки спортсменов.
На практике не всем участникам тренингов удается добиться значимых положительных результатов с помощью нейрообратной связи: около 40 процентов обучаются плохо. По версии ученых НИУ ВШЭ и AIRI, одной из основных причин этого является большая задержка между изменением активности мозга и предъявлением сигнала обратной связи, сообщающего о таком изменении.
«Ранее мы выяснили, что при тренировке затылочного альфа-ритма меняется число всплесков мозговой активности в единицу времени, а их длительность и амплитуда остаются неизменными. Суть тренировки заключается в том, что человек научается входить в такое состояние и увеличивать число всплесков, для чего важно своевременное положительное подкрепление этих переходов. Но пока в большинстве современных систем сигнал обратной связи предъявляется с задержкой более 500 мс. В таких условиях сложно соотнести обратную связь и событие, в ответ на которое она была предъявлена», — объяснил руководитель исследования, директор Центра биоэлектрических интерфейсов НИУ ВШЭ и руководитель группы «Нейроинтерфейсы» AIRI Алексей Осадчий.
Сокращение задержки предъявления сигнала обратной связи увеличивает вероятность запуска механизмов нейропластичности, необходимых для достижения долговременного эффекта от тренировки. В одном из предыдущих исследований в группах с минимальной задержкой, которая тогда составляла 250 мс, всем участникам удалось увеличить число всплесков альфа-ритма в единицу времени, тогда как в группах с задержкой около 500 мс с задачей справились примерно 60 процентов участников.
Исследователи предполагают, что дальнейшее сокращение задержки должно привести к еще более заметному повышению скорости обучения и получению долговременных эффектов от тренировки. Однако наиболее существенная компонента задержки в предъявлении сигнала обратной связи определяется фундаментальными ограничениями. Они связаны с неопределенностью Габора: для того чтобы выделить ритм, необходимо использовать зарегистрированные значения сигнала и пронаблюдать его на временном интервале длиной порядка 200–300 мс. То есть фильтрация — выделение нужных ритмов мозга — требует временных затрат, что вносит задержку в сигнал. Ученые предложили использовать нейросетевую модель целевого сигнала, чтобы повысить скорость его выявления на фоне остальной активности головного мозга.
Исследователи обучили несколько нейросетей на большом объеме данных мозговой активности людей, испытали на устойчивость путем добавления шума, а затем применили к данным 25 участников альфа-тренинга. Были протестированы разные архитектуры, лучше всего проявила себя Temporal Convolutional Network (TCN).
«На основе TCN был построен фильтр для выделения ритмической активности, который позволил уменьшить задержку предъявления сигнала обратной связи, отражающего мгновенную интенсивность альфа-ритма, до 10 мс. Таким образом мы примерно в 50 раз сократили задержку. При этом следить за переходами нейронных популяций из фазы возбуждения в фазу торможения нам удалось практически без задержки», — объяснил Алексей Осадчий.
По словам ученых, полученные результаты требуют пересмотра оценок эффективности нейрообратной связи в задачах коррекции ряда неврологических расстройств. Использование метода с сокращенной задержкой может существенно увеличить долю пациентов, отвечающих на такую терапию дисфункции нервной системы. Кроме того, появляется возможность создания парадигм стимуляции мозга замкнутого контура для коррекции тяжелых неврологических нарушений. Это будет происходить за счет создания искусственных петель обратной связи, неотличимых мозгом от своих собственных и способных инициировать целевые пластические изменения нейронных сетей головного мозга.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые нашли убедительное свидетельство того, что Большое Магелланово Облако — одна из ближайших к нам галактик — впервые приближается к Млечному Пути. Это открытие меняет представления о будущем нашей Галактики — от орбит спутников до распределения окружающего газа.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Формирование и эволюция звездных систем кажутся понятными и предсказуемыми, а их строение строго подчиняется законам физики. Строение «крылатых» радиогалактик выбивается из общих правил. Их необычная форма не имеет однозначного объяснения и остается предметом споров для астрофизиков.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно