Ученые из института искусственного интеллекта AIRI, Сколковского института науки и технологий, МГУ и ИЭФБ РАН впервые изучили особые волны, бегущие по коре мозга в процессе его работы. Новый подход к анализу активности головного мозга позволит повысить эффективность разработки нейрокомпьютерных интерфейсов и методов глубокой стимуляции мозга для лечения неврологических заболеваний. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе института искусственного интеллекта AIRI. Результаты исследования опубликованы в Scientific Reports.
Источник: Freepik
Сегодня одним из наиболее популярных методов изучения работы мозга во время двигательной активности считается анализ движений руки (reaching experiment), записываемый при помощи имплантируемых в структуры головного мозга электродов. Также в научном сообществе для этой цели традиционно принято использовать две модели интерпретации данных — репрезентативную и динамическую.
Согласно репрезентативному подходу, каждый отдельный нейрон отвечает за свой параметр движения конечности — ускорение, скорость и направление движения руки, его угол и другие характеристики. Динамическая модель рассматривает в качестве объекта изучения двигательную активность в целом, фокусируясь не на отдельных нейронах, а на их общей динамике.
В ходе нового исследования ученые сосредоточились исключительно на анализе мозговых волн.
Наряду с доказательством взаимосвязи двух феноменов головного мозга — бегущих кортикальных волн и вращательной динамики, команда представила два метода для количественной оценки волны.
Ученые использовали метод оценки кривизны волны без сжатия данных — это позволяет анализировать обороты и скорость движения волны в 2D-проекции, не теряя полезную информацию. Второй метод — оценка вращательной степени — дает возможность оценивать истинную динамику нейронной активности в данных и сравнивать их между собой.
Исследователям удалось выяснить, что существование циклических изменений в активности нейронов обусловлено наличием особых волн активности, которые проходят по поверхности двигательной коры мозга. На основе этого открытия российские ученые разработали два математических алгоритма, позволяющих использовать свойства этих волн для оценки того, как меняется активность нейронов в процессе работы мозга. В будущем применение этих подходов позволит повысить эффективность лечения неврологических заболеваний.