ТАСС, 27 ноября. Российские нейрофизиологи проследили за тем, как меняется эффективность систем обратной связи в мозге в том случае, когда меняется время задержки между считыванием электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и выводом сигнала на экран компьютера. Они доказали, что подобные методы "самонастройки" мозга работают, пишет пресс-служба НИУ ВШЭ. Статью с описанием исследования принял к публикации Journal of Neural Engineering, ее предварительную версию можно прочитать в электронной научной библиотеке bioRxiv.
"Мы создали новый метод математической фильтрации ЭЭГ, что обеспечило нам доступ в ранее неизведанную область взаимодействия с мозгом при малых задержках ответов от внешней системы. Он позволил мозгу воспринимать искусственно созданную петлю обратной связи как часть собственной нейронной сети. Это качественный скачок, который открывает новую эру в исследовании парадигмы нейрообратной связи", – рассказал один из авторов исследования, директор Центра биоэлектрических интерфейсов НИУ ВШЭ Алексей Осадчий.
В последние годы ученые пытаются с помощью различных медицинских приборов и инструментов выяснить, можно ли заставить многие человеческие органы, в том числе и мозг, работать эффективнее. Теоретически с помощью подобного подхода человек смог бы отслеживать сбои или ошибки и корректировать их на ходу, вырабатывая новые рефлексы или подавляя старые.
К примеру, медики могут подсоединять электроэнцефалограф к голове пациента и выводить на экран компьютера один из показателей уровня активности его мозга. Сосредотачиваясь на сигнале, испытуемый старается запомнить связь между параметром и своим состоянием. Благодаря этому человек может "почувствовать" активность своего мозга и научиться ей управлять.
Подобный подход используют для реабилитации пациентов после инсультов и других тяжелых болезней. Однако многие ученые сомневаются, что наблюдения за сдвигами в уровне активности мозга или мышц в принципе могут качественно изменить характер их работы в большинстве других ситуаций. Подобный скепсис связан с тем, что далеко не всегда использование систем нейрообратной связи приводит к желаемым результатам.
Осадчий и его коллеги предположили, что эти неудачи связаны не с ошибочностью методики, а с тем, что сигнал ЭЭГ обрабатывается слишком медленно. Это создает задержку между реальной реакцией и ее отображением на экране компьютера. В результате пациент не может отслеживать, как меняется активность его мозга и не может корректировать ее в режиме реального времени.
"Тренажер" для мозга
Руководствуясь этой идеей, российские нейрофизиологи разработали новый алгоритм обработки данных с электроэнцефалографа. Он позволяет выводить эту информацию на экран компьютера с задержкой всего в 100 миллисекунд. Используя эту методику, Осадчий и его коллеги впервые изучили, как меняется эффективность работы нейрообратной связи, если эту задержку увеличивать или уменьшать.
Для этих опытов ученые набрали группу из сорока здоровых девушек и парней, которые хотели научиться управлять мощностью альфа-ритмов – одного из главных колебаний в уровне активности мозга. Он доминирует в состоянии покоя и при закрытии глаз, но при переходе в активное состояние становится менее выраженным.
Нейрофизиологи попытались усилить его и в других ситуациях. Для этого они попросили добровольцев смотреть на экран компьютера, где текущее состояние их альфа-ритмов отображалось в виде круга, форма которого менялась в зависимости от уровня активности мозга. В частности, альфа-ритмы большой силы делали его идеально ровным, а при меньшей мощности круг превращался в большую "кляксу".
Ученые проследили, насколько успешно мозг добровольцев "самонастраивался" и повышал активность альфа-ритмов. Для этого они делали задержку сигнала минимальной или увеличивали ее на 250 и 500 миллисекунд. Чтобы проверить работу методики, в некоторых случаях ученые выводили на экран не реальные данные с электроэнцефалографа, а сфабрикованную или чужую запись уровня активности альфа-ритмов.
Оказалось, что мозг действительно самонастраивался. Причем гораздо эффективнее и быстрее это происходило при минимальной задержке. Дальнейшие наблюдения показали, что изменения мощности альфа-ритмов сохранились только у тех добровольцев, у которых обратная связь была почти мгновенной.
Подобные различия в результатах "самонастройки" мозга, как отмечают Осадчий и его коллеги, могут объяснять, почему многие подобные эксперименты в прошлом заканчивались безрезультатно. В ближайшее время ученые планируют еще больше уменьшить задержку и выяснить, как это повлияет на эффективность работы обратной связи с мозгом.
