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 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.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Считается, что современная музыка стала простой и даже примитивной. Ученые из Италии математически проверили эту гипотезу и подтвердили, что даже самые сложные жанры со временем стали дрейфовать к простоте и повторам одних и тех же составляющих.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Вода из другой звездной системы оказалась не похожа на земную: в составе третьего межзвездного объекта нашли рекордное содержание дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Этот химический след указывает на необычные условия формирования системы, где возникла комета, и меняет представления о сценариях рождения далеких планетных систем.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
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.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
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.
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