Наша географияЗаявка на членство+7 916 848-78-01info@rusneuro.net
О НейроНетеНаша миссияЧлены союзаНовостиПресс-центрДокументыАрхивКонтакты
Новости / Обзор новостей нейротехнологий. 09.12.17 - 15.12.17
Новости
15.12.2017

Обзор новостей нейротехнологий. 09.12.17 - 15.12.17

Криптографическое декодирование движений по активности мозга

“A cryptography-based approach for movement decoding” | Nature Biomedical Engineering | doi: 10.1038/s41551-017-0169-7

    интерфейсы

Биоинженеры из Университета Пенсильвании, Технологического института Джорджии и Северо-западного университета использовали методы криптографии для декодирования активности моторных нейронов. Так они смогли различить, какие движения рукой совершали обезьяны. Подход, основанный на криптографии, в перспективе можно использовать и для более сложных моделей активности, в протезах и даже для распознавания речи парализованных пациентов.

В эксперименте с тремя макаками ученые записывали данные сотен нейронов, связанных с движением руки. В интерфейсах такие данные используют для управляемого обучения (supervised learning) роботизированного протеза, когда постепенно уточняется соответствие его движений и паттернов активности клеток. Крипто подход не использует обучение, рассматривая задачу как поиск правила, превращающего зашифрованное сообщение в открытое, на основе статистики.

Активность нейронов в моторной коре переводится в малоразмерное пространство. Затем алгоритм находит аффинное отображение, которое увязывает проекцию нейронной активности с распределением кинематики.

Математически цель сводилась к тому, чтобы найти отображение одной статистической модели (активность нейронов) в другую (кинематика). Подобный метод применяют, например, для расшифровки языков и закодированных сообщений. По сути, алгоритм пробует целый ряд возможных декодеров, пока не получится тот, где статистика будет похожа на типичные движения.

Авторы обнаружили, что декодер, настроенный по одной обезьяне, работает затем на другой, то есть метод не требует утомительной калибровки. Причем криптографический подход применим не только для протезов. Человек с синдромом "запертого внутри" не может говорить, но находится в сознании. Вместо того, чтобы угадывать каждое слово по активности мозга, метод позволяет построить декодер, который преобразует статистику нейронов, пока она не станет выглядеть как речь.

Ультразвук не стимулирует нейроны в мозге?

“Ultrasound Produces Extensive Brain Activation via a Cochlear Pathway” | BioRxiv | doi: 10.1101/233189

  нейромодуляция

Биоинженеры из Университета Миннесоты провели любопытный эксперимент по воздействию ультразвука (УЗ) на мозг. Последние годы растет интерес к исследованиям в области ультразвуковой нейромодуляции, поскольку она не инвазивна и ей доступны любые области мозга. Показано, что УЗ вызывает активность нейронов в экспериментах на срезах мозга и модулирует ионные каналы в ооцитах. Однако до сих пор нет исследований на живых организмах (in vivo), которые бы подтвердили, что ультразвук непосредственно и локально активирует нейроны.

Авторы решили проверить, действительно ли УЗ напрямую воздействует на нервные клетки, и пришли к неожиданному выводу. Они взяли морских свинок и подавали им УЗ-стимуляцию в первичную соматосенсорную кору (SC1) и первичную слуховую кору (A1). В разных участках мозга они также регистрировали активность нейронов в ответ на УЗ, используя электродные матрицы.

Ультразвук вызывает вибрации цереброспинальной жидкости, что ведет к вибрации кохлеарной жидкости, та активирует восходящий слуховой путь, а он связан мультимодальными проекциями с соматосенсорными ядрами, оттуда возбуждение приходит в кору. Справа -- улитка до и после удаления жидкости.

Авторы отмечают, что при включении УЗ наблюдалась обширная активация в разных областях, включая A1 и SC1, причем шаблоны активности были неожиданно согласованы с УЗ-стимуляцией, даже если источник УЗ был помещен вдали от электродов или на глазном яблоке. Что еще более удивительно, обрез слуховых нервов или удаление жидкости из улитки внутреннего уха прекращали всякую активность нейронов, вызванную ультразвуком.

Авторы приходят к выводу, что УЗ возбуждает не клетки, а улитку, которая затем активирует восходящий слуховой путь до A1, и далее возбуждение расходится в другие области коры. Вероятно, УЗ вызывает в голове вибрацию спинномозговой жидкости, та непрерывна с жидкостью в улитке через перилимфатический проток. Тогда индуцированная ультразвуком активность А1 возникает через вибрацию жидкости в ушах, а не путем прямого воздействия на нейроны. Авторы призывают к тщательным исследованиям УЗ-стимуляции, чтобы разобраться, наконец, в ее механизме.

Нейропротез совмещает видимый и невидимый свет в зрительной коре

“Cortical Neuroprosthesis Merges Visible And Invisible Light Without Impairing Native Sensory Function” | eNeuro | doi: 10.1523/ENEURO.0262-17.2017

    интерфейсынейропротезы

Нейробиологи из Университета Дьюка показали, что мозг способен решать задачу, сочетая входящие естественные и искусственные сигналы. В экспериментах крысы научились проходить тест на распознавание, где нужно было выбрать визуальный стимул, который состоял из видимого и инфракрасного света. Данные по ИК-излучению поступали в зрительную кору не через глаза, а при помощи имплантированных электродов.

Ученые задались вопросом, как один и тот же участок мозга будет реагировать на мультисенсорную задачу, где ему придется одновременно обрабатывать и интегрировать сигналы из двух источников: естественного, от органов чувств, и искусственного, от интерфейса. Крыс сначала научили выбирать из четырех поилок ту, которая в данный момент подсвечена светодиодом. Затем на голове животных закрепили 4 ИК-сенсора, каждый из них связан с одним из 4-х электродов, введенных в кору.

 

А. дизайн эксперимента. В испытательной камере 4 поилки со светодиодами. В. Схема связи ИК-сенсоров и микростимулирующих электродов, введенных в зрительную кору.

Крыс учили по той же схеме ассоциировать свет от диода с получением воды, но теперь излучение было невидимо для глаз. Зрительная кора получала информацию от сенсора путем слабых электрических импульсов. Сперва крысам давали подсказку, включая обычный диод сразу после стимуляции, но спустя пять дней тренировок работали уже только электроды. Крысы научились распознавать поилку новым способом.

Наконец, на главной стадии опыта крыс поставили перед задачей выбрать ту поилку, где одновременно есть видимый и инфракрасный свет, причем три другие поилки в случайном порядке тоже содержали стимулы: там либо работал обычный диод, либо ИК. Животные справились, и авторы отмечают, что пластичность мозга намного выше, чем предполагалось ранее. Опыты показали, что в одну и ту же область первичной коры можно подавать несколько потоков данных, и это хорошая новость для развития сенсорных кортикальных протезов и систем замещения.

Ввод инструкций в мозг, минуя органы чувств

“Injecting Instructions into Premotor Cortex” | Neuron | doi: 10.1016/j.neuron.2017.11.006

      интерфейсы

Биологи из Рочестерского университета передали инструкции о движениях напрямую в мозг обезьян. В экспериментах с двумя животными ученые применили микростимуляцию премоторной коры.  Животные реагировали на сигналы от электродов, меняя свои действия в соответствии с командами, поданными в мозг авторами исследования.

Обезьян сначала научили играть в игру, где им нужно было управляться с разными рукоятками на панели перед ними. Поворачивать, толкать, нажимать, тянуть на себя. Каждая рукоятка имела свою форму и требовала одного, но конкретного, типа движения. Авторы включали светодиоды: если рукоятка подсвечена, то обезьяна понимает, что нужно работать именно с ней. Животные освоили этот алфавит сигналов и получали награду за правильный выбор.

(A) Обезьяны первоначально выполняли задачу управления, заданную синими светодиодами. (B) Затем они научились выполнять ту же задачу, получая внутрикорковую стимуляцию (ICMS)

Далее в мозг каждой обезьяны ввели по 16 электродов для микростимуляции. Всякий раз, когда включались светодиоды, электроды пропускали короткий, слабый импульс. Шаблоны стимуляции варьировались по выбору исследователей, в зависимости от того, с какой рукояткой надлежало обезьяне работать в данный момент. По мере того, как животные учились, светодиоды тускнели, и затем погасли окончательно. Информация шла теперь только от электродов.

Обезьяны продолжили справляться с игрой, реагировать на инструкции, хотя внешнего сигнала уже не было. Это похоже на опыты 2011 года группы Николелиса по тактильному распознаванию виртуальных объектов, но теперь задействована уже не сенсорная, а моторная кора. Когда же авторы перетасовали шаблоны, обезьяны быстро адаптировались, то есть мозг не просто запомнил связь между стимуляцией и движением, а обучился распознавать конкретные сигналы.  

20.04.2018Обзор новостей нейротехнологий 16.04.18 - 20.04.18

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
19.04.2018«АКАДО Телеком» и лаборатория МФТИ будут развивать технологии искусственного интеллекта

«АКАДО Телеком» и Московский физико-технический институт (МФТИ) подписали  соглашение о стратегическом партнерстве в области развития искусственного интеллекта

Подробнее
18.04.2018Объявлены номинанты BCI Award 2018

Впервые в шорт-лист вошел проект с ведущим российским участием

Подробнее
17.04.2018В Москве открылась площадка нейротехнологий NeuroHub

В начале апреля в Москве состоялось открытие NeuroHub – новой площадки для развития проектов в области нейротехнологий

Подробнее
13.04.2018Обзор новостей нейротехнологий 09.04.18 - 13.04.18

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
12.04.2018Аспирин не эффективен для каждого третьего россиянина и может быть опасен для каждого седьмого

В результате нового исследования, научные сотрудники Genotek выяснили, что 30% россиян являются носителями хотя бы одного генетического маркера, при котором лечение аспирином в рекомендованных дозировках неэффективно

Подробнее
10.04.2018Фонд содействия инновациям профинансирует 250 проектов в рамках НТИ на сумму 3 млрд рублей

Фонд содействия инновациям объявляет о начале сбора заявок по конкурсам, направленным на поддержку реализации планов мероприятий Национальной технологической инициативы («дорожных карт» НТИ).

Подробнее
9.04.2018«Нейроботикс» проводит испытание нейротренажера

6 апреля 2018 года компания «Нейроботикс» совместно с партнером «Клинический центр медицинской реабилитации» начали испытания нейротренажера, направленного на восстановление двигательной активности кисти у пациентов после инсульта.

Подробнее
6.04.2018«Уральский Нейронет-центр» начнет свою работу летом 2018 года

4 апреля отраслевой союз «Нейронет» и Уральский федеральный университет имени Б.Н. Ельцина подписали соглашение о создании Нейронет-центра на базе университета.

Подробнее
6.04.2018Обзор новостей Нейротехнологий 02.04.18 - 06.04.18

Самые актуальные новости за неделю

Подробнее
3.04.201829 марта 2018 года в Москве прошла IV Международная практическая конференция по робототехнике РобоСектор-2018

Тематика конференции в этом году была посвящена такому важному вопросу, как интеграция людей и роботов

Подробнее
123242, г. Москва, Малый Конюшковский пер., д. 2, оф. 17