Электроды в мозге поймали сигнал «внутреннего голоса» | Новости науки
Ученые из Сколтеха, Федерального центра нейрохирургии Минздрава РФ, Сеченовского университета и МГУ имени М. В. Ломоносова исследовали мозговую активность при письме и говорении у двух пациентов с имплантированными внутричерепными электродами. Результаты этого исследования расширяют базу знаний, необходимую для создания «читающих мысли» нейроинтерфейсов. Они смогут распознавать мысли и намерения пользователя, не зная наперед его планов. Об этом сообщили в пресс-службе Сколтеха.
«Нейроученые постепенно переходят от концепции, что есть область мозга, которая отвечает за ту или иную функцию, к концепции, что за функцию отвечает некоторая сеть динамически взаимодействующих областей. И в решении моторных задач, например, участвует множество областей, что подтверждается и нашими результатами, — рассказал Николай Сыров, один из авторов исследования, старший научный сотрудник Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана в Сколтехе. — Возникает интересный вопрос: если функции не локализованы в одном месте, а распределены по коре, можем ли мы зарегистрировать электрическую активность мозга и понять, что он пытается сделать, не зная заранее, какого рода намерение мы ищем?»
Этот вопрос лежит в основе концепции мультимодальных нейроинтерфейсов — так называются мозговые чипы, которые, в отличие от большинства существующих решений, не ориентированы на одну конкретную функцию. Вместо того чтобы искать только сигналы, которые кодируют намерение пошевелить протезом, или только связанные с речью сигналы, мультимодальный интерфейс будет сам определять по электрической активности, к какой категории она относится. В Сколтехе считают, что за этим подходом — будущее интерфейсов «мозг — компьютер», однако для его реализации потребуется еще множество подобных исследований, которые прояснят тонкости распределения функций по областям мозга.
В исследовании участвовали два пациента с эпилепсией. Обоим по медицинским показаниям имплантировали электроды в мозг в Федеральном центре нейрохирургии Минздрава РФ в Тюмени. Таким образом врачи ищут очаг эпилептической активности. То есть расположение электродов не мотивировано ожиданиями ученых касательно возможной локализации в мозге активности, связанной с письмом и речевыми задачами, которые были предложены пациентам.
В первом задании пациенты писали цифры на планшете. Во втором они сперва произносили слова вслух, потом беззвучно артикулировали их (шевелили губами и проч.) и наконец лишь воображали произнесение слов, без какого бы то ни было движения языка, губ и т. д. Все это время с электродов велась непрерывная запись мозговой активности. Ученые обнаружили, что задача по письму, которая, по сути своей, является двигательной, вызывала не локализованную активность: сигнал принимают все электроды, независимо от их положения. Такая картина соответствует ожиданиям учёных, что координированное движение сопряжено с распределённой по коре головного мозга активностью.
В некоторых участках мозга активность наблюдалась при реализации обеих функций: говорения и письма. С точки зрения перспективы реализации мультимодальных интерфейсов это — хороший знак.
Что касается речевой задачи, электрическая активность при полноценном говорении и при немой артикуляции хорошо соответствовали друг другу. А сигнал «внутреннего голоса», пусть он и оказался существенно слабее, все же отлично вписывался в ту же картину. Это логично, ведь эту едва уловимую активность можно рассматривать как сигнал речи за вычетом движения органов артикуляции и слуха. Такой «остаточный» сигнал может быть связан, например, с извлечением слов из памяти.
«Любая попытка зарегистрировать сигнал внутреннего голоса сама по себе интересна тем, что вы в каком-то смысле читаете мысли. Не так много научных групп, которые этим занимаются», — отметил первый автор статьи, младший научный сотрудник Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Гурген Согоян.
Одно из нововведений работы научной группы из Сколтеха — это запись мозговой активности у одних и тех же пациентов при решении как речевой, так и моторной задачи. Обычно две эти функции рассматривают отдельно, хотя говорению присущ двигательный аспект: органы речи движутся. Регистрация сигнала у одного индивида, выполняющего разные задачи, со временем позволит определить области пересечения соответствующих функций в нервной системе. Это знание необходимо для создания мультифункциональных нейроинтерфейсов, которые смогут декодировать разные функции, включая намерения чем-то пошевелить и что-то сказать.
Результаты этой работы опубликованы в библиотеке препринтов medRxiv.