О блокировках  |  На основном сайте Граней: https://graniru.org/Society/Science/m.137264.html

статья Ученые лезут в мозг

30.05.2008

Сканирование мозга. Изображение с сайта www.livescience.com Ученые Медицинского факультета американского Питтсбурского университета (University of Pittsburgh School of Medicine, штат Пенсильвания) обучили обезьяну управлять механической рукой, используя лишь сигналы от ее собственного мозга. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Nature. В ходе эксперимента обезьяна сумела накормить себя пищей, мысленно управляя манипулятором, передает РИА "Новости".

"Наша непосредственная задача состояла в том, чтобы создать протез для полностью парализованных людей. А в конечном счете мы стремимся лучше понять устройство мозга", - говорит один из авторов статьи профессор Эндрю Шварц (Andrew Schwartz).

Прежние исследования в этой сфере были сосредоточены на создании устройств, позволяющих мысленно управлять курсором на экране компьютера. В лаборатории профессора Шварца обезьян также научили этому. "Благодаря данной технологии мы начинаем понимать, как работает мозг. Чем лучше мы это понимаем, тем успешнее сможем лечить различные заболевания, от болезни Паркинсона и параличей до болезни Альцгеймера и других душевных недугов", - говорит Шварц. В новом эксперименте обезьяны, мысленно управляя механической рукой, могли кормить себя лакомством и кусками фруктов в то время, когда их собственные руки были связаны.

Компьютерная программа интерпретировала сигналы, полученные от сотни тончайших электродов, внедренных в кору головного мозга животных. При этом активность нейронов оценивалась с помощью специального алгоритма, а затем команда передавалась на манипулятор, который служил обезьянам как их собственные конечности. После того, как обезьяны научились управлять механической рукой, какое-то время наблюдая за ее реакциями, движения манипулятора становились плавными и естественными - животные воспринимали это устройство как часть собственного тела, они могли не только брать пищу, доносить ее до рта и отпускать, научились даже очищать "пальцы" манипулятора от прилипшей пастилы и отщипывать от предлагаемых лакомств небольшие кусочки.

Джон Каласка из Монреальского университета уверен в том, что этот эксперимент можно считать первой практической демонстрацией реальности интерфейса "мозг-машина" для выполнения такого практического поведенческого акта как прием пищи. "Он являет собой величайшее на данный момент достижение прогресса в разработке устройств для нейроуправления сложными роботами - искусственными руками, которые однажды, по идее, помогут больным выполнять различные действия в быту - например, есть, пить из стакана или пользоваться орудиями труда, - отметил доктор Каласка. - Нас весьма воодушевил тот факт, что обезьяны охотно учились управлять роботом. Столь же отрадно было видеть, что обезьяны совершенно естественно управляют роботом и взаимодействуют с ним... Они перемещали клешню по искривленной траектории, чтобы обогнуть препятствие, спешно корректировали траекторию, когда экспериментатор неожиданно перемещал корм, и даже проталкивали клешней еду, зажатую между губами, себе в рот". По словам доктора Каласки, теперь требуется еще научиться передавать информацию с манипулятора на органы чувств обезьяны, чтобы животное знало, насколько крепко следует стискивать предмет. Это очень важно для взаимодействия парализованногго человека с окружающим миром.

Похожие эксперименты проводили специалисты из японского Управления по науке и технике и американского Дьюкского университета (Duke University). Тогда ученые снимали данные о работе мозга бегущих по беговой дорожке макак и заставляли робота воспроизводить их движения. Были и другие эксперименты по "сращению" мозга обезьян с манипуляторами.

Тем временем исследователям из американского Университета Карнеги-Меллона (Carnegie Mellon University - CMU) в Питтсбурге впервые удалось создать компьютерную программу, способную предсказывать реакцию человеческого мозга на определенные слова и понятия, тем самым сделав очередной шаг на пути к созданию технологии чтения мыслей. Статья, где приводятся результаты их работы, публикуется в текущем выпуске журнала Science.

Группа ученых, которую возглавляли специалист в сфере информационных технологий Том Митчелл (Tom Mitchell) и нейропсихолог Марсель Джаст (Marcel Just), создали компьютерную модель, используя полученные с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии реакции на 60 существительных, а также статистический анализ текстового корпуса, включавшего практически все употребимые слова. Ранее исследователи уже использовали компьютерную томографию для того, чтобы определить, какие области мозга активизируются в те моменты, когда человек думает об определенных словах. Однако специалисты из Карнеги-Меллона пошли дальше, научившись делать предсказания по активизации определенных областей мозга, тех, что реагируют на существительные, описывающие повседневные предметы.

Для создания компьютерной модели был проведен ряд экспериментов, в ходе которых девяти добровольцам предлагали мысленно концентрироваться на 60 словах-стимулах. При этом на каждую из 12 семантических категорий, например, "животные", "части тела", "здания", "одежда", "насекомые", "машины" и "растения", приходилось по пять слов. Томограф помогал разобраться, каким образом и какие области мозга реагируют на каждый из стимулов. Затем исследователи проанализировали типичный словарь англоговорящего человека. Для каждого так называемого конкретного существительного из всего корпуса текстов (конкретные имена существительные называют предметы и явления действительности) они подсчитали, как часто оно соседствует в текстах с каждым из 25 глаголов, связанных с сенсорно-моторными функциями, в частности, зрением, слухом, вкусом, запахом, едой, движением. Проанализировав таким же способом 60 слов-стимулов, они определили, как их связи с одним из 25 глаголов влияют на каждый элемент трехмерной карты мозга. Затем, чтобы предсказать реакцию мозга на любое такое существительное, модель определяла, как оно соотносится с одним из 25 глаголов, при этом выстраивалась карта активности, основанная на данных о влиянии того или иного сочетания на мозг.

"Мы считаем, что нам удалось обнаружить некоторые из основных конструктивных блоков, которые использует мозг при представлении определенных значений", - заявляет Митчелл.

Профессор психологии Джаст считает, что эта модель даст возможность постичь скрытую доселе природу человеческого мышления. "Значения вещественных и конкретных существительных вызывают реакции в тех областях мозга, которые связаны с ощущениями, которые люди испытывают, исследуя их или манипулируя ими. Значение слова "яблоко", например, вызывает реакции в областях, ответственных за ощущения вкуса, запаха, за жевание, - поясняет он. - Яблоко - это то, что вы можете с ним сделать. Наша работа - маленький, но важный шаг к тому, чтобы взломать "код мозга". Кроме активизации областей мозга, ответственных за сенсорно-моторные реакции, исследователи обнаружили значимую реакцию в областях, связанных с планированием и долговременной памятью. Например, когда некто думает о яблоке, это может вызывать его личные воспоминания о каком-то случае поедания яблока или же мысль о том, как можно это яблоко достать.

В будущем ученые намерены изучить, как мозг реагирует на комбинации существительных и прилагательных, фразы и простые предложения, а также на абстрактные существительные и понятия. По мнению ученых, эта работа может привести к использованию сканирования мозга для чтения мыслей и, в частности, послужить основой для изучения аутизма и разного рода психических расстройств, таких, например, как шизофрения.

Нужно отметить, что в России также есть группы ученых, активно и вполне успешно занимающихся построением компьютерных интерфейсов, способных "улавливать человеческие мысли", т.е. реагировать на изменение состояния человеческого мозга. Речь, например, идет о группе профессора Биологического факультета МГУ доктора биологических наук Александра Каплана. Российским нейрофизиологам из этой группы впервые в мире удалось научить мозг человека напрямую управлять объектом, перемещающимся в трех измерениях. И к тому же при помощи их системы испытуемые могли исключительно за счет изменения электрической активности мозга (которая отражается на электроэнцефалограмме (ЭЭГ)) менять цвет экрана на желаемый.


30.05.2008


новость Новости по теме