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 из МФТИ и ИППИ РАН выяснили, что у квантовых полей вблизи черных дыр (или ускоренно расширяющейся Вселенной) есть «порог нагрева». До этого порога чем выше температура, тем быстрее поле «забывает» свое прошлое. А выше порога нагрев уже не помогает: скорость забывания становится постоянной и определяется не температурой, а самой формой пространства (например, размером горизонта).
Почему один человек легко заводит друзей, а другой предпочитает держаться в стороне? Откуда берется привычка все планировать? Почему некоторые люди сомневаются в себе? Международный коллектив ученых проанализировал данные о геномах миллиона человек и выявил 1260 независимых генетических вариантов, связанных с основными пятью чертами личности человека. Результаты исследования показали, что на индивидуальные особенности личности влияет не только воспитание, опыт и окружающая среда, но также гены.
Исследователи из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН определили, при каких условиях квазиклассические модели водородной плазмы начинают давать нефизичные результаты. Ученые показали, что при достаточно сильном взаимодействии частиц такие модели перестают правильно учитывать квантовые эффекты, связанные с принципом Паули. В результате в расчетах возникают нефизичные электрон-ионные кластеры, а моделируемая система теряет устойчивость.
Группа российских исследователей, в которую вошли океанологи Санкт-Петербургского университета, выявила существование ранее неизвестных механизмов распространения «волн Россби». В ходе работы им удалось зафиксировать точки, где перенос энергии прекращается, а траектории движения воды претерпевают изменения. Дополнительно ученые обнаружили асимметрию в динамике волновых процессов, зарождающихся у западных и восточных прибрежных течений.
Американские арахнологи открыли в Скалистых горах на севере Айдахо новый вид паука из рода Hexura, представители которого прежде встречались лишь на северо-западе США и в Канаде. Обнаруженная группа живет примерно в 500 километрах восточнее известного науке ареала. Пауки Hexura тесно связаны с местом обитания и не расселяются на большие расстояния, поэтому ученым еще предстоит выяснить, как новый вид оказался так далеко от известных популяций.
Европейская колонизация резко изменила жизнь коренных народов Австралии и поставила под угрозу их связь с традиционными землями. Археологи изучили наскальное искусство на севере континента и выяснили, что после начала контактов художники стали чаще изображать гигантских мифических существ, включая почти семиметрового змея.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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