В Сколтехе предложили новый высокоточный метод интерпретации мозговой активности
Ученые из Сколтеха предложили метод интерпретации данных мозговой активности, который продемонстрировал до пяти раз более высокую точность, чем принятый сейчас подход, в случаях, когда снимки МРТ содержали артефакты или модель головы была доступна только в низком разрешении.
Результаты опубликованного в журнале IEEE Transactions on Medical Imaging исследования помогут лечить устойчивую к лекарствам эпилепсию и лучше понять нейронную природу когнитивных процессов, например как мозг реагирует на визуальные стимулы и запоминает новые слова.
Картирование мозговой активности — это стандартный способ определить, какие части мозга задействованы в том или ином когнитивном процессе — например, в приеме тактильной информации, когда человек гладит кота — или вовлечены в патологические процессы, такие как эпилептические приступы или нарушения сна. Активность мозга регистрируют при помощи ЭЭГ или МЭГ — электро- или магнитоэнцефалографии.
Первая из этих диагностических процедур фиксирует динамику электрических потенциалов в разных точках на поверхности головы неинвазивными электродами. Вторая измеряет не потенциалы, а магнитное поле, но оба показателя в конечном счете нужны для детектирования и локализации электрических токов в мозге.
«ЭЭГ существует уже около 100 лет, и некоторые виды нейронной активности за это время успели очень хорошо изучить, — рассказывает первый автор работы, старший научный сотрудник Сколтеха Николай Явич. — Например, нарушение сна опытный врач может без труда проанализировать на основании сырых данных ЭЭГ. А бывают, напротив, сложные случаи.
Скажем, чтобы точно локализовать эпилептический очаг в мозге пациента, нужно совмещать данные ЭЭГ или МЕГ с МРТ-снимками, которые нужны для моделирования головы пациента, и обрабатывать всю эту диагностическую информацию специальными алгоритмами. Так можно с точностью до миллиметра определить местоположение очага у пациента, которому не помогают медикаменты, и оперировать его — при этом очень важно не затронуть здоровые ткани».
Проблема в том, что снимки МРТ, которые применяются в сочетании с моделированием мозговой активности, не всегда совершенны. Они подвержены искажениям из-за шумов и разного рода артефактов, что ведет к неточностям в процессе сегментации изображения — определения, где в модели головы заканчивается одна ткань и начинается другая. По словам исследователей из Сколтеха, их метод сравнительно малочувствителен к такого рода дефектам данных.
«Опубликованные результаты говорят, что в условиях низкого разрешения моделей головы наш метод моделирует нейронную активность до пяти раз более точно в сравнении с традиционным подходом. При этом нужно больше вычислительных мощностей, но нам кажется, преимущество в качестве перевешивает этот недостаток», — добавил Явич.
Новый метод поможет когнитивистам, неврологам и нейрохирургам преодолевать несовершенство диагностических данных и локализовывать нейронную основу таких заболеваний, как эпилепсия, аутизм и синдром дефицита внимания, а также когнитивных процессов, связанных с памятью, чувственным восприятием, движением и другие недуги.
Ученые использовали смешанный гибридный метод конечных элементов (MHFEM). Его точность сравнивали с широко используемым узловым методом конечных элементов (P1 FEM). Оба метода интерпретации данных ЭЭГ и МЭГ нужны для того, чтобы решать описывающие нейронные токи уравнения, которые задают так называемую прямую задачу.
Методы отличаются тем, что нейронный токи, рассчитываемые MHFEM удовлетворяют физическим ограничениям, в частности закону сохранения заряда, в то время как P1 FEM не имеет такого свойства. Руководитель исследования, Максим Фёдоров, ранее занимал пост вице-президента Сколтеха по ИИ и математическому моделированию, а ныне является ректором Университета «Сириус».
Telegram 
Дзен 
VK Нейроморфные вычисления — это попытка скопировать принцип работы мозга: не последовательно выполнять команды, как обычный процессор, а обрабатывать информацию параллельно, через сеть взаимосвязанных «нейронов», которые активируются в зависимости от поступающих сигналов. Эта идея существует уже несколько десятилетий, но до недавнего времени ее реализовывали на обычной электронной элементной базе. Исследователи из МФТИ провели обширный обзор, в котором систематизировали последние достижения в области фотонных нейроморфных вычислений.
Интриги и тайные свидания — прерогатива не только людей. В мире дикой природы тоже случаются драмы, и одна из них развернулась в лесах Северной Америки. Маленькие серые птицы, известные в науке как гаички Гамбела, долгое время считались образцом супружеской верности, но на деле оказались хитрыми стратегами. Они заводят потомство не только от постоянного партнера, но и от самца-соседа с определенным набором качеств. Авторы нового исследования попытались выяснить, что толкает самок на измену и как это влияет на выживание всего вида.
Самый большой и мощный в мире ускоритель частиц отключили на четырехлетнюю модернизацию. В 2030 году он возобновит работу под новым названием — Большой адронный коллайдер высокой светимости. Этот апгрейд позволит производить примерно в 10 раз больше столкновений частиц, чем изначально. Физики рассчитывают, что поток новых данных поможет обнаружить явления за пределами Стандартной модели, а также прольет свет на природу темной материи, антиматерии и ранней Вселенной.
На протяжении десятилетий Тель-Авив воздерживался от этого шага, чтобы не испортить отношения с Турцией. Но после действий Израиля 2023-2026 годов официальная Анкара, как и множество государств мира, неоднократно осуждала Израиль, из-за чего изменилась и его позиция по геноциду.
В рамках общей теории относительности и квантовой физики у исследователей не получается объяснить все данные наблюдений за космическими объектами. В этот раз ученые попытались описать Вселенную с точки зрения превращения энергии, и этот выбор позволил им составить стройное описание гравитации.
Масштабный анализ ДНК показал, что леопарды в Капской области ЮАР измельчали не из-за случайных мутаций при вырождении популяции, а в результате целенаправленной эволюционной адаптации к местной среде обитания.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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