НОВОСТИ. Лента научномедицинских новостей
С помощью нейросети ученые усовершенствовали технологию нейрообратной связи

Ученые НИУ ВШЭ и AIRI сократили в 50 раз задержку между изменением активности мозга и предъявлением сигнала обратной связи для задач нейробиоуправления. Таких результатов удалось достичь за счет использования нейронной сети, обученной решать задачу фильтрации с минимальной задержкой на данных электрической активности мозга людей. Это открывает новые возможности в лечении синдрома дефицита внимания и эпилепсии. Статья опубликована в Journal of Neural Engineering.
Метод нейрообратной связи — это разновидность биоуправления, которая применяется еще с 60-х годов прошлого века. Суть его в том, что человек получает информацию о параметрах работы собственного мозга, регистрируемых, как правило, при помощи электроэнцефалограммы (ЭЭГ), и на основе этого учится управлять своей мозговой активностью. К примеру, он может научиться более эффективно расслабляться, узнавая о своих альфа-ритмах в затылочной зоне, увеличение мощности которых в норме сопутствует расслабленному состоянию. Сфера применения технологии нейрообратной связи широка — от лечения СДВГ, эпилепсии, депрессии до тренировки стрессоустойчивости и подготовки спортсменов.
На практике не всем участникам тренингов удается добиться значимых положительных результатов с помощью нейрообратной связи: около 40% обучаются плохо. По версии ученых НИУ ВШЭ и AIRI, одной из основных причин этого является большая задержка между изменением активности мозга и предъявлением сигнала обратной связи, сообщающего о таком изменении.
«Ранее мы выяснили, что при тренировке затылочного альфа-ритма меняется число всплесков мозговой активности в единицу времени, а их длительность и амплитуда остаются неизменными. Суть тренировки заключается в том, что человек научается входить в такое состояние и увеличивать число всплесков, для чего важно своевременное положительное подкрепление этих переходов. Но пока в большинстве современных систем сигнал обратной связи предъявляется с задержкой более 500 мс. В таких условиях сложно соотнести обратную связь и событие, в ответ на которое она была предъявлена», — рассказал Алексей Осадчий, руководитель исследования, директор Центра биоэлектрических интерфейсов НИУ ВШЭ и руководитель группы «Нейроинтерфейсы» AIRI.
Сокращение задержки предъявления сигнала обратной связи увеличивает вероятность запуска механизмов нейропластичности, необходимых для достижения долговременного эффекта от тренировки. В одном из предыдущих исследований в группах с минимальной задержкой, которая тогда составляла 250 мс, всем участникам удалось увеличить число всплесков альфа-ритма в единицу времени, тогда как в группах с задержкой около 500 мс с задачей справились примерно 60% участников.
Исследователи предполагают, что дальнейшее сокращение задержки должно привести к еще более заметному повышению скорости обучения и получению долговременных эффектов от тренировки. Однако наиболее существенная компонента задержки в предъявлении сигнала обратной связи определяется фундаментальными ограничениями. Они связаны с неопределенностью Габора: для того чтобы выделить ритм, необходимо использовать зарегистрированные значения сигнала и пронаблюдать его на временном интервале длиной порядка 200–300 мс. То есть фильтрация — выделение нужных ритмов мозга — требует временных затрат, что вносит задержку в сигнал. Ученые предложили использовать нейросетевую модель целевого сигнала, чтобы повысить скорость его выявления на фоне остальной активности головного мозга.
Ученые обучили несколько нейросетей на большом объеме данных мозговой активности людей, испытали на устойчивость путем добавления шума, а затем применили к данным 25 участников альфа-тренинга. Были протестированы разные архитектуры, лучше всего проявила себя Temporal Convolutional Network (TCN).
«На основе TCN был построен фильтр для выделения ритмической активности, который позволил уменьшить задержку предъявления сигнала обратной связи, отражающего мгновенную интенсивность альфа-ритма, до 10 мс. Таким образом мы примерно в 50 раз сократили задержку. При этом следить за переходами нейронных популяций из фазы возбуждения в фазу торможения нам удалось практически без задержки», — пояснил Осадчий.
По словам ученых, полученные результаты требуют пересмотра оценок эффективности нейрообратной связи в задачах коррекции ряда неврологических расстройств. Использование метода с сокращенной задержкой может существенно увеличить долю пациентов, отвечающих на такую терапию дисфункции нервной системы. Кроме того, появляется возможность создания парадигм стимуляции мозга замкнутого контура для коррекции тяжелых неврологических нарушений. Это будет происходить за счет создания искусственных петель обратной связи, неотличимых мозгом от своих собственных и способных инициировать целевые пластические изменения нейронных сетей головного мозга.

Читайте также

Впервые в мире китайские ученые успешно пересадили генетически модифицированную свиную печень пациенту с констатированной смертью мозга...


По мере повышения спроса на услуги генетического тестирования среди пациентов онкологического профиля врачам и исследователям удается выявлять новые генетические...


Пациенты принимают участие в исследовании, которое, как надеются ученые, в конечном итоге даст миру новый метод лечения ревматоидного артрита...


Исследователи из Клиники «Бригем энд уименс» и Гарвардской Медицинской школы обнаружили, что генерализованные эпилептические приступы связаны с определенной...


Израильские исследователи из Тель-Авивского университета добились значительного прогресса в лечении опухолей головы и шеи, используя технологию редактирования...


Медицинский университет Гуанси в Китае сделал собственное открытие, полученное опытным путем. Исследователи создали генно-модифицированный вирус...


Исследователи впервые обнаружили соединение, которое помогает восстановить полный двигательный контроль после инсульта - способность...


В семействе бактерий, обитающих в почве и микробиоме кишечника человека, обнаружен ранее неизвестный белок, который может помочь в доставке лекарств для лечения рака...


Недавно разработанный лабораторный инструмент может в течение нескольких часов помочь определить специфические вирусы, которые можно использовать для ...


Крепкие десны — блестящий ум! Исследования показывают, что болезни десен имеют более серьезные последствия, чем мы думали. Подробнее об этом рассказала стоматолог...





САМЫЕ ЧИТАЕМЫЕ СТАТЬИ
-
Нормы роста и веса детей – данные ВОЗ
-
Зеленые выделения из влагалища: причины и лечение
- Анатомо-физиологические особенности дыхательной системы у детей
-
Насморк с кровью: причины симптома и способы лечения
- Анатомо-физиологические особенности сердечно-сосудистой системы у детей
- Анатомо-физиологические особенности пищеварительной системы у детей
- Анатомо-физиологические особенности мочевыделительной системы у детей
- Сравнительная характеристика параметров функции внешнего дыхания (обзор литературы)
- Современные представления о норме и патологических отклонениях размеров восходящей аорты при приобретенных пороках сердца
- Анатомо-физиологические особенности детей
- Анатомо-физиологические особенности костно-мышечной системы у детей
- Паллиативная химиотерапия рака: основные понятия и особенности (oбзор литературы)
-
Что можно и что нельзя делать после удаления аппендицита
-
Увеличенные яичники: симптомы, причины и лечение
-
О чем говорит головная боль за ухом? Причины, симптомы и лечение
-
Характер мужчины проявляется в выборе позы для секса
-
Армянская ассоциация медицинского туризма (ААМТ)
-
Желтые выделения из влагалища: причины и лечение
-
Рвота у ребенка без температуры: возможные причины
- Применение летрозола для стимуляции овуляции
-
Новейшие достижения онкологии в МЦ «Наири»: интервью с Артемом Степаняном. nairimed.com
-
Как снизить риск инсульта. erebunimed.com
- Врожденные аномалии и пороки развития
-
КАТИОНОРМ – представитель нового поколения искусственных слез для симптоматической терапии синдрома “сухого глаза”
-
Арам Бадалян: Родинку трогать нельзя?
- Применение противоспаечных средств в профилактике спаечной болезни живота (oбзор литературы)
-
Вздутие живота при месячных: 7 способов справиться с неприятным ощущением
-
Как избавиться от лямблий — 25 эффективных рецептов народной медицины
-
Онкология является самой быстроразвивающейся отраслью медицины: интервью с Левоном Бадаляном
-
Компресс при ангине: будет ли полезным прогревание горла?
-
Лечение марганцовкой
- Некоторые новые подходы к системной терапии метипредом больных ревматоидным артритом
- Медицинские информационные системы.Информационная система для интегрального фармацевтического и здравоохранного мониторинга
-
Фармацевтическая опека
- Подходы к оперативному лечению костно-хрящевых экзостозов
- Повреждения при родах
-
Курение марихуаны влияет на потенцию
- Инциденталома надпочечников
-
Почему противозачаточные увеличивают грудь?
- Применение индинола и эпигаллата при аденомиозе