Skaito smegenų veiklą
Naujo tipo smegenų ir mašinos sąsaja (angl. brain-machine interface, BMI), kuri yra minimaliai invazinė, gali perskaityti smegenų ketinimus naudodama ultragarso technologijas.
Bendra „Caltech“ tyrėjų komanda sukūrė sistemą, kuri gali skaityti smegenų veiklą, atitinkančią judėjimo planavimą.
Neurologai, dirbantys su BMI, norėdami susieti smegenų veiklą su atitinkamais judesiais, šio naujo tyrimo dėka pagaliau gali tai padaryti. Paprastai šie prietaisai skaito ir interpretuoja smegenų veiklą ir susieja ją su kompiuteriu ar mašina. Tačiau šiems prietaisams paprastai reikalinga invazinė smegenų operacija, kurioje daugelis pacientų nenori dalyvauti.
Ši nauja technologija, naudojanti funkcinę ultragarso (fUS) technologiją, tiksliai atvaizduoja nervų veiklą iš jos šaltinio giliai smegenyse 100 mikrometrų raiška.
„Labiausiai jaudina tai, kad „fUS“ yra nauja technika, turinti didžiulį potencialą – tai tik pirmas mūsų žingsnis užtikrinant aukštą našumą ir mažiau invazinį BMI daugiau žmonių“, – sakė Sumneras Normanas, Anderseno laboratorijos mokslų daktaras ir vienas iš pagrindinių tyrimo autorių.
Visagalis ultragarsas
Ultragarso technologija ir vaizdai skleidžia aukšto dažnio garso impulsus ir išmatuoja, kaip šios garso vibracijos atsiliepia medžiagai, pavyzdžiui, žmogaus audiniui. Šio tipo vaizdavimas jau yra plačiai naudojamas, pavyzdžiui, norint fotografuoti vaisių gimdoje.
Komanda suprato, kad ši vaizdo technika taip pat gali padėti numatyti judėjimą ir elgesį.
Kaip sakė chemijos inžinerijos ir paveldo medicinos tyrimų instituto tyrėjas profesorius Michailas Shapiro ir šios tyrimo grupės narys, „ši technika sukūrė išsamų neuroninių signalų dinamikos vaizdą mūsų tiksliniame regione, kurio nebuvo galima pamatyti naudojant kitas neinvazines technikas, tokias kaip fMRI (angl. Functional magnetic resonance imaging).“
Komanda išbandė savo metodą su nežmoginiais primatais, mokydama juos atlikti paprastas užduotis, pavyzdžiui, judėti akimis ir rankomis tam tikra kryptimi, gavus užuominas. Primatai buvo stebimi naudojant fUS technologiją, kai jie vykdė šias užduotis, matuojant smegenų veiklą užpakalinėje parietalinėje žievėje – mūsų smegenų dalyje, planuojančioje judėjimą.
Komanda norėjo sužinoti, ar fUS vaizdavimas taip pat galėtų būti naudojamas primatų ketinimams išsiaiškinti, kol jie atliktų savo užduotis.
Tada sistema buvo išmokyta naudojant mašininio mokymosi algoritmą, naudojant realiuoju laiku surinktus ultragarso duomenis, ir per kelias sekundes algoritmas sugebėjo numatyti, kokį kitą judesį atliks tyrime dalyvaujantys primatai.
Kaip pažymėjo tyrime dalyvavęs Richardas Andersenas, norint, kad šis metodas veiktų, „į kaukolę reikia implantuoti tik mažą, skaidrų ultragarso langą; ši operacija yra žymiai mažiau invazinė nei reikalinga implantuojant elektrodus.“
Šis naujas metodas atveria daug durų neuromokslininkams, dirbantiems kuriant BMI, ir tai labai sumažina invazinę chirurgiją. Tolesni veiksmai apima bandymus su žmonėmis, siekiant išsiaiškinti, ar šie vaizdai ir prognozės tinka skaityti žmogaus smegenis.
Tyrimas paskelbtas žurnale „Neuron“.
