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 В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В эпоху искусственного интеллекта и стремительного развития технологий знание языка становится инструментальной компетенцией, а умение работать с учетом культурного контекста — стратегической. В День филолога, кандидат педагогических наук Екатерина Щавелева, заведующая кафедрой иностранных языков и коммуникативных технологий НИТУ МИСИС рассказывает, как гуманитарное образование приобретает новую ответственность и какое будущее у межкультурной коммуникации.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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