ЭЭГ превратили в музыкальный инструмент

Обычно электроэнцефалография (ЭЭГ) используется для оценки функционального состояния подкорковых и корковых структур мозга, например при эпилепсии. По сравнению с более современными техниками томографии, она обладает повышенной чувствительностью, позволяя отслеживать изменения в миллисекундном временном разрешении. Однако помимо основного назначения, уже вскоре после открытия (в начале XX века), ученые стремились применить метод к иным областям, в частности превратить электрическую активность в визуальные образы и звук. Так, затылочный доминантный (альфа-) ритм (PDR) использовался для оформления спектаклей в режиме реального времени и управления партией ударных инструментов.

Несмотря на развитие нейроинтерфейсов и успешное приложение ЭЭГ, в том числе, к манипуляции курсором компьютерной мыши, адаптировать ее к исполнению музыки в неподвижном состоянии не удавалось. В новой работе специалисты из Шведского института нейронаук и других учреждений описали такую систему. Как и прототипы прошлых лет, она основана на технологии биологической обратной связи. На голову человеку надевается шапочка с электродами, которая подключена к 19-канальному энцефалографу с усилитилем. Прибор по USB подает сигналы в первый компьютер, в зависимости от частоты и амплитуды кодирующий их в значения от одного до восьми. Затем на второй машине последние преобразуются в ноты.

Авторы привлекли к испытаниям 15 здоровых человек. В качестве источника активности мозга выступали альфа- (сопровождает расслабленное бодрствование) и мю-ритмы (характерен для полного физического покоя). После преобразования сигналов участники слышали звук фортепиано определенной высоты и учились управлять мелодией за счет интуитивной модуляции состояния. Сами тесты предварял пятиминутный период калибровки системы. В это время добровольцы должны были закрывать и открывать глаза, изменяя (усиливая или ослабляя соответственно) тем самым PDR. Это позволяло определить индивидуальный диапазон его колебаний. Звук синтезировался с задержкой в 20 миллисекунд.

Затем испытуемых просили воспроизвести посредством активности мозга ноты до и ре четвертой и пятой октав. Поскольку последние разделяли максимальный и минимальный интервалы, это упрощало выявление субъективных различий. При трехкратной генерации целевого звука программа синтезировала соответствующий мажорный аккорд и показывала новый стимул, в случае неудачи — тритон, неприятный на слух. Согласно тестам, средняя точность исполнения в группе, которая задействовала альфа-ритм, составила 67,1 процента. На освоение технологии им потребовалось примерно 38 попыток. В группе с мю-ритмом показатели достигали 57,1 процента и около 35 повторений.

По мнению авторов, после усовершенствования новая система может использоваться в искусстве и науке, включая разработку нейроинтерфейсов. Отличительной особенностью метода служит опора на мю-ритм — потенциально это позволяет применять его и полностью парализованным пациентам.

Статья опубликована в журнале Frontiers in Human Neuroscience.

Ранее ученые представили нейроинтерфейсы для взаимодействия с «запертыми» людьми и ошибающимися роботами.