Оси мира паранормальное рядом
Поперечник монетки в 25 центов, на которой лежит решётка из 16 микроэлектродов, составляет 24,26 мм. На денежке изображены достопримечательности Юты – конкретно тут сделали эти электроды и отыскали им необыкновенное применение (фото Spencer Kellis, The University of Utah).
Учёные из институтов Юты (U of U) и Вашингтона (UW) грезят повредить стенку, окружающую хворого с «синдром запертого человека» (locked-in syndrome).
Вследствие ряда повреждений нейронных путей таковой пациент не может гласить и двигаться, хотя стопроцентно всё осознаёт и способен моргать.
Часто только движение глаз и позволяет злосчастным давать на вопросы самые обыкновенные ответы — да либо нет. В новейшей работе исследователи расширили этот простой словарь до 10 слов. В дополнение к обозначенным выше это «жарко», «холодно», «голод», «жажда», «здрасти», «доскорого свидания», «больше» и «меньше».
В качестве подопытного америкосы использовали добровольца, которому уже была изготовлена временная краниотомия. Этот пациент мучается тяжёлой формой эпилепсии. Размещая электроды на коре мозга, врачи рассчитывают в один прекрасный момент установить точки, вызывающие припадки. Следующая хирургическая операция, может быть, решит делему.
Ну а пока череп оставался вскрытым, экспериментаторы пользовались случаем, чтоб изучить другие участки. Спецы решили, что запись картины активности нейронов скажет им — где в мозге появляются определенные слова.
Тут можно узреть два типа электродов на поверхности мозга пациента. Большие – это те, что врачи используют для выявления источника эпилептических припадков. А вот зелёный и оранжевый провода завершаются экспериментальными массивами по 16 микроэлектродов. Последние выделены белоснежными точками, так как на начальном кадре плохо приметны (фото University of Utah Department of Neurosurgery).
Ранее уже было показано, что с помощью электроэнцефалограммы, снимаемой «мозговой шапкой», можно удачно управляться с настольной игрой, соединять мозг с мозгом, играть в оркестре и командовать дроидом. Но в тех случаях приборы размещались снаружи человека. Физическое проникновение под черепную коробку способно дать исследователям больше инфы.
Принципиально, что для собственного опыта учёные использовали ранее сделанный в институте Юты «бережный» массив микроэлектродов (microECoG) для электрокортикографии (они и показаны на снимке выше). Эти устройства не попадают в мозг, а лежат на его поверхности и ощущают потенциал поля, создаваемого нейронами.
А ещё новые электроды намного меньше использовавшихся ранее и отстоят друг от друга на расстоянии всего в один мм, что позволяет регистрировать сигналы с более высочайшей избирательностью.
Исследователи расположили два массива по 16 таких микроэлектродов (квадратики 4 х 4) в две зоны мозга. 1-ая — лицевая моторная кора, управляющая движениями рта, губ, языка, в общем – мускул, участвующих в речи. 2-ая — зона Вернике, связанная с восприятием и определением слов (она работает при произнесении их самим человеком).
В течение четырёх дней попорядку с нездоровым проводили по часу занятий. Пациент произносил по указке учёных одно из 10 слов, каждое от 31 до 96 раз. Исследовав набор импульсов, создатели опыта установили для каждого слова более репрезентативный набросок активных электродов. А чтоб проверить гипотезы, америкосы провели несколько тестов на угадывание слов.
На этот томографический снимок учёные наложили места крепления всех электродов. Жёлтые – старенькые, нужные для поиска источника приступов, красноватые – два набора microECoG, находящиеся в речевых зонах (фото Kai Miller/University of Washington).
Считывание с массива из моторной коры в согласовании с ранее опознанными наборами «личных» для каждого слова электродов позволило правильно определять эти самые слова в 85% случаев. Работа только с зоной Вернике отдала только 76% точности.
Интересно, что композиция сигналов из 2-ух областей на качество определения не повлияла. Стало быть, зона Вернике здесь не достаточно что даёт. Кстати, когда испытуемый произносил слова, его моторная кора была еще активнее, чем зона Вернике, а когда слушал — последняя резко подключалась.
Этот принцип — «подсмотреть, уяснить, сопоставить» — употреблялся и ранее для таких опытов, как извлечение из голов испытуемых чисел и фото, увиденных текстов, услышанных слов, пространственного положения и стиля художника.
И не настолько принципиально, какую конкретно технологию считывания используют новаторы — магнитно-резонансную томографию либо съёмку электрокортикограммы. Главное – распознать активность тех либо других групп нейронов в различных отделах коры с хотимой точностью.
Поэтому дальше наши герои вычислили в каждом из 2-ух массивов microECoG по 5 контактов, перемены в сигналах которых оказались более колоритными при смене слов. Делая упор лишь на их, учёным удалось довести точность регистрации заблаговременно избранного слова до 90%. (Детали опыта открывают пресс-релиз института Юты и статья в Journal of Neural Engineering.)
Для реализации идеи мысленной речи нужно записывать импульсы от всех электродов сходу и выявлять соответствующие картинки активности нейронов посреди образцов, наложенных один на другой. Распробовав это, изобретатели технологии получили точность 28% для регистрации со всех электродов «оптом» и 48% для регистрации сигналов только от «наилучших» 5 электродов microECoG.
Эти числа очевидно выше 10 процентов попаданий, которые следуют из теории вероятности, если б определение слов было чисто случайным. Но этого уровня, естественно, ещё не достаточно для организации настоящего считывания речи.
В прошедшем году Грегер и его коллеги из института Юты, а именно доктор нейрохирургии Пол Хаус (Paul House), показанный тут в операционной, провели удачный опыт по считыванию с помощью мозговых микроэлектродов моторных сигналов, управляющих рукою пациента. Хаус принял роль и в сегодняшнем опыте (фото Kelly Johnson).
Брэдли Грегер (Bradley Greger) из института Юты, спец по биоинженерии и один из создателей сегодняшнего опыта, гласит: «Мы получили подтверждение концепции — сигналы из мозга можно с некоторой толикой вероятности перевести в слова. Но мы должны обрабатывать больше слов с большей точностью, до того как это полезно для пациента».
Изобретение microECoG как раз позволяет возлагать на таковой прорыв. Электроды, которыми воспользовались исследователи и докторы в прошлых работах, были неудобны для опытов с мысленной речью. Они захватывали сходу очень много нейронов, чтоб из их показаний извлечь настолько тонкие различия, сопровождающие формирование речи. А означает, далее необходимо идти по пути наращивания детализации.
Кстати, другая научная группа в прошедшем году, используя схожий способ, смогла вычленить из головы парализованного гласные звуки. На этом фоне 10 слов могут показаться истинной революцией, но сами «революционеры» воспринимают собственный фуррор сдержанно.
«Это не значит, что неувязка стопроцентно решена и мы можем пойти домой, — продолжает Грегер. — Убедившись в работоспособности технологии, сейчас нам нужно улучшить её так, чтоб пациенты с синдромом запертого человека могли по-настоящему разговаривать».
Со слов Брэдли, последующий шаг группы — построение массива microECoG со 121 электродом (11 х 11). Они посодействуют получить неограниченное количество инфы, что, возможно, будет означать больше опознаваемых слов.
С течением времени данная техника может воплотиться в беспроводный чип-имплантат (наподобие этого макета), который по радиоканалу передаёт на компьютер сигналы активности нейронов, чтоб PC воспроизводил произнесенное в идей. 1-ая такая серийная система станет вправду революционной.
