Новости и мнения

Учимся использовать мозг-компьютерные интерфейсы

Управление компьютерами с помощью разума и обучения моторным навыкам основывается на аналогичном наборе областей мозга.

Using sensors that detect brain activity, people can now move virtual cursors, remote-controlled helicopters, and robotic arms, just by thinking. Используя сенсоры, которые определяют активность мозга, люди теперь могут просто думать, перемещая виртуальные курсоры, вертолеты с дистанционным управлением и роботизированное оружие. Эти компьютерно-мозговые интерфейсы (BCI) не предполагают каких-либо реальных движений со стороны пользователя и могут даже помочь парализованным или заблокированным пациентам, для которых движение невозможно.

Но новое исследование, проведенное в Вашингтонском университете в Сиэтле, показывает, что мы учимся использовать BCI так же, как мы учимся другим моторным навыкам, таким как езда на велосипеде или бросание мяча. Сначала это требует сознательных сознательных усилий и включает в себя сеть из множества различных областей мозга. Однако, когда люди практикуют, задачи становятся более легкими и почти автоматическими, и сеть становится намного менее активной.

В этом исследовании, опубликованном сегодня (10 июня) в PNAS , добровольцы использовали BCI для перемещения экранного курсора. Но ведущий ученый Джеремия Вандер говорит, что результаты будут полезны для обучения людей использованию более сложных ИМК, таких как те, которые контролируют реалистичные протезы конечностей. «Бремя обучения для пользователя гораздо больше, чем в случае более простой системы», – сказал он. «Развивая наше понимание того, как наш мозг учится и адаптируется к использованию BCI, мы сможем разрабатывать системы, которые обучают пользователей наиболее эффективным способом, медленно добавляя сложности, в то время как они развивают навыки».

Вандер работал с семью людьми, которым делали операцию по лечению тяжелой эпилепсии. Используя сетку имплантированных электродов, врачи в течение недели отслеживали активность своего мозга, чтобы определить области, в которых начались судороги.

Бродяга вписался в процедуру, используя сигнал только от одного из электродов, чтобы управлять движениями курсора, когда он перемещается по экрану. Научившись настраивать активность своего мозга, волонтеры могли направлять курсора так, чтобы он попадал в одну из двух целей. Электрод стал импровизированным BCI.

Между тем, на других зарегистрированных электродах наблюдается нейронная активность во многих различных частях мозга, участвующих в планировании и выполнении движений. Они включали первичную моторную кору, первичную соматосенсорную кору, дорсолатеральную префронтальную кору и премоторную кору.

«Эта работа очень захватывающая», – сказал Хосе Кармена из Калифорнийского университета в Беркли, который не принимал участия в исследовании. «Это показывает, что, как и в процессе обучения двигательным навыкам, в процессе обучения навыкам BCI задействована широко распространенная сеть областей мозга, не связанных напрямую с BCI».

Это также удивительно, поскольку использование BCI очень похоже и сильно отличается от других моторных навыков, таких как обучение печатанию. BCI включают управление движением объектов, но без движения конечностей пользователя. Они включают обратную связь от глаз, но не от других чувств или частей тела. И они включают действия – непосредственно изменяющие активность мозга – которые большинство людей никогда не пробовали раньше.

Поскольку добровольцы стали лучше использовать BCI, и их усилия стали скорее автоматическими, чем преднамеренными, активность в этой широкой сети быстро уменьшилась. «Это показывает несколько бинарный переход от новичка к эксперту», ​​- сказал Вандер.

Вандер считает, что неврологи могут использовать похожие изменения в мозговой активности, чтобы оценить, насколько пользователи BCI чувствуют себя комфортно с этой технологией. «Такие сигналы станут особенно важными, когда мы переместим устройства BCI из строго контролируемой лабораторной среды и в поле, где способы их использования могут меняться изо дня в день», – сказал он.

Тем не менее, Джон Каласка из Университета Монреаля отмечает, что BCI Уандера обнаружил определенную мозговую волну, вызванную ритмичным запуском множества различных нейронов вокруг основного электрода. Напротив, многие контрольные устройства BCI используют активность отдельных нейронов, систему, которая более точно отражает то, как мозг использует нейронные сигналы для создания движений. Если люди используют эту породу BCI, еще неизвестно, будут ли они также демонстрировать такие же широкие изменения в активности мозга.

JD Wander и др., « Распределенная кортикальная адаптация во время обучения задаче интерфейса мозг- компьютер», PNAS , doi: 10.1073 / pnas.1221127110, 2013.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *