Наша географияЗаявка на членство+7 916 848-78-01info@rusneuro.net
О НейроНетеНаша миссияЧлены союзаНовостиПресс-центрДокументыАрхивКонтакты
1000
членов сообщества
300
поддержанных проектов
50
региональных активностей
Новости / Ограничения когнитивного ресурса человека обнаружили при помощи биологической обратной связи
Новости
7.12.2018

Ограничения когнитивного ресурса человека обнаружили при помощи биологической обратной связи

Известно, что человек быстро устает при выполнении монотонных и однообразных заданий в течение долгого времени. Результаты исследований активности головного мозга свидетельствуют о том, что наряду с общей усталостью наблюдается снижение эффективности работы сенсорных систем головного мозга. Оно обусловлено непрерывной обработкой сенсорной информации и концентрацией внимания на решении поставленных задач. Это состояние известно в научной литературе как когнитивное утомление (англ. mentalfatigue). С точки зрения электрической активности головного мозга, когнитивное утомление характеризуется уменьшением амплитуды нейронного отклика, регистрируемого в сенсорной коре.

Когнитивное утомление является одной из причин снижения уровня концентрации внимания во время выполнения задач в условиях высокой когнитивной нагрузки. Поиск возможностей для минимизации эффекта когнитивного утомления является актуальной задачей. В первую очередь, для людей, чья профессиональная деятельность связана с необходимостью обрабатывать большие объемы сенсорной информации и поддерживать высокую концентрацию внимания в течении долгого времени – водители, пилоты, диспетчеры аэропорта и сложных установок.

Группа исследователей из Саратовского технического университета и Технического университета Мадрида проверили, возможно ли моментально и без тренировок повысить эффективность работы сенсорной системы человека при восприятии информации в условиях высокой когнитивной нагрузки.

Для этих целей был использован интерфейс мозг-компьютер с биологической обратной связью. Перед испытуемым была поставлена простая задача – классифицировать неоднозначные изображения, согласно одной из двух возможных интерпретаций. Изображения показывались на экране монитора в течение короткого промежутка времени ~1 сек. За это время испытуемый должен был принять решение и нажать на соответствующую кнопку на джойстике. Всего эксперимент длился около 40 минут, в течение которых было показано 300 изображений. Во время эксперимента осуществлялась регистрация электрической активности мозга в затылочной и теменной коре, на основании которой определялась амплитуда нейронного отклика. Полученное значение амплитуды анализировалось в режиме реального времени: высокое значение амплитуды свидетельствовало о высокой эффективности работы сенсорной системы, низкое значение – о низкой эффективности и состоянии когнитивного утомления. В том случае, когда амплитуда нейронного отклика начинала уменьшаться, активировалась обратная связь – испытуемый получал звуковой сигнал о необходимости сконцентрироваться.

Эксперименты были проведены для двух групп испытуемых. Первая группа – контрольная, прошла эксперимент дважды без обратной связи. Вторая группа – экспериментальная, прошла первый эксперимент без обратной связи, а второй – с обратной связью. Было обнаружено, что в отсутствии биологической обратной связи в обеих группах амплитуда нейронного отклика меняется во времени по периодическому закону – интервалы времени, характеризующиеся высоким значением амплитуды нейронного отклика, чередуются с интервалами времени, в течении которых амплитуда нейронного отклика уменьшается. Это свидетельствует о том, что нейронный ансамбль, задействованный в восприятии и обработке визуальной информации, может эффективно работать непрерывно в течении ограниченного промежутка времени (интервал с высокой амплитудой отклика), после чего ему требуется время на восстановление (интервал с низкой амплитудой отклика).

При включении обратной связи в экспериментальной группе было обнаружено, что средняя длина интервалов, характеризующихся высокой амплитудой нейронного отклика, увеличивается примерно в полтора раза. При этом, абсолютное значение амплитуды отклика в течении этого интервала уменьшается по сравнению с экспериментов в отсутствии обратной связи.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что моментальный эффект биологической обратной связи присутствует – время непрерывной эффективной работы нейронного ансамбля сенсорной коры зрительного анализатора увеличивается. Авторы предполагают, что для поддержания способности нейронного ансамбля эффективно обрабатывать информацию в течении более долгого времени, мозг регулирует число нейронов, вовлекаемых в этот процесс. В случае отсутствия биологической обратной связи в обработку вовлекается большое число нейронов, что соответствует высокой амплитуде нейронного отклика на ЭЭГ. В случае включения биологической обратной связи информация обрабатывается путем вовлечения меньшего числа нейронов и амплитуда соответствующего отклика, регистрируемого на сигналах электрической активности мозга, уменьшается.

Тот факт, что увеличение длительности непрерывной работы сенсорной системы достигается за счет уменьшения амплитуды нейронного отклика свидетельствует о том, что ресурс нейронного ансамбля ограничен особенностями строения головного мозга – количеством вовлекаемых в обработку информации нейронов и нейронных связей. Таким образом, увеличение когнитивного ресурса должно сопровождаться изменениями структуры мозга, которые, согласно результатам опубликованных работ, не происходят моментально. Ранее, научной группой Каролинского Института (Швеция) было показано, что когнитивный ресурс может быть увеличен за счет продолжительных и систематических когнитивных тренировок не менее нескольких недель [OlesenP.J., WesterbergH., KlingbergT. Increasedprefrontalandparietalactivityaftertrainingofworkingmemory// NatureNeuroscience, 7(1) (2004) 75]. Научная группа Оксфордского университета показала, что семидневный курс тренировок уже вызывает изменение плотности серого вещества, а регулярные тренировки на протяжении шести недель способствуют изменению плотности как серого, так и белого вещества, а также повышают структурную целостность областей мозга [Scholz J. et al. Training induces changes in white-matter architecture // Nature Neuroscience, 12(11) (2009) 1370].

Полностью ознакомиться с исследованием можно по ссылке.

24.05.2019на The Web Conference состоялся воркшоп Search-Oriented Conversational AI

14 мая на The Web Conference состоялся воркшоп Search-Oriented Conversational AI (SCAI Workshop 2019), где глава Лаборатории нейронных систем и глубокого обучения МФТИ и руководитель проекта iPavlov Михаил Бурцев выступил спикером и соорганизатором 

Подробнее
24.05.201930 мая состоится питч-сессия проектов Искусственного интеллекта в медицине

Перспективные продукты, прошедшие отбор будут рекомендоваться ассоциацией «НБМЗ» региональным органам исполнительной власти для применения в пилотных проектах цифрового здравоохранения.

Подробнее
23.05.2019О Нейрочате заговорило "Радио России"

22 мая вышел репортаж, в котором рассказывают о работе изобретения

Подробнее
23.05.2019Новая «Точка кипения» в Череповецком госуниверситете будет работать с направлением "Нейронет"

На площадке "Точки" вуз сможет тестировать новые подходы в собственной учебной деятельности.

Подробнее
23.05.2019Физтех Акселератор заключил партнёрское соглашение с "1С-Битрикс"

Цель проекта – развитие и внедрение инновационных технологий для эффективного управления бизнесом

Подробнее
22.05.2019«Весенний навигатор» состоялся в «Точках кипения»

В крупнейших «Точках кипения» Агенства стратегических инициатив прошёл образовательный интенсив "Весенний навигатор". 

Подробнее
22.05.2019Финал акселератора Сколтеха и Philips «AI & BigData в медицине, образовании и нейрокоммуникациях» состоится на Startup Village.

Совместная программа технологической акселерации Сколковского института и технологий и международной компании Philips стартовала в начале февраля и завершится на на Startup Village, 29-30 мая

Подробнее
22.05.2019Исследователи доказали что дополненная реальность меняет поведение людей

В стэндфордской Школе гуманитарных и естественных наук провели новое исследование, в которое доказывает, что опыт восприятия дополненной реальности (augmented reality, AR) значительно меняет поведение в реальном мире даже после того как человек снимает AR-гарнитуру. 

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