מיפוי עמודות קליפת המוח של המוח לפתח ממשקי מחשב חדשניים

Simon Lewis: Don't take consciousness for granted (יוני 2019).

Anonim

פרויקט COLUMNARCODECRACKING במימון האיחוד האירופי השתמש בהצלחה בסורקי fMRI גבוהים במיוחד למפות עמודות בקליפת המוח, תהליך שפותח את הדלת ליישומים חדשים ומלהיבים, כגון ממשקי מחשב-מוח.

רמת ה- FMRI הקליפתית של עמודה כבר תרמה ותסייע לתרום להבנה עמוקה יותר של האופן שבו המוח והמוח פועלים על-ידי התקרבות לארגון התפקודי המעולה בתוך אזורי מוח מיוחדים.

על ידי התמקדות זו, הפרויקט עורר קו מחקר חדש של הדמיה מוחית "mesoscopic" כי הוא צובר תאוצה הולכת וגדלה בתחום מדעי המוח הקוגניטיביים והחישוביים. שדה חדש זה משלים הדמיה מוחית מקרוסקופית מוחית, אשר מודדת פעילות בתחומי המוח וברשתות רחבות היקף.

מדידת עמודות קליפת המוח

עמודות קליפת המוח הן קבוצה של נוירונים במוח כי לרוץ מלמעלה אל החלק התחתון של קליפת המוח ולהגיב על אותו נכס גירוי. לדוגמה, עמודות קורטקס חזותיות ראשיות מחלצות ברים קטנים עם כיוון ספציפי, שהן תכונות בסיסיות לניתוח צורת האובייקטים.

עמודה אחת קליפתית מכיל אלפי או אפילו עשרות אלפי נוירונים המקביל כמה עשרות מיקרומטר עד 1-2 מ"מ עבור מבנים צבירה גדולה יותר.

"קשה מאוד למדוד בצורה מהימנה את עמודות הקליפת המוח באמצעות הדמיה מוחית לא פולשנית בבני אדם, אך COLUMNARCODECRACKING השיגה התקדמות ניכרת בכך", הסביר ד"ר גבל. "אנחנו כבר דחף את גבולות הטכנולוגיה פיתחו פרדיגמות חדשות, שיטות ניתוח וכלים דוגמנות … הגענו טווח תת מילימטר של רזולוציה מרחבית המאפשרת לנו 'לראות' עמודות גדולות יותר, אבל אנחנו עדיין צריכים להגדיל החלטה נוספת כדי ללכוד יותר בסדר גרגר ארגוני עמודה. לאחר שימוש 7 MES טסלה, הפרויקט החלה לעשות זאת עם אחד 9.4 טסלה סורקים בעולם.

ממשקי מחשב-מחשב רבי עוצמה

אחד היישומים המבטיחים ביותר שיכולים לנבוע מהמחקר של הפרויקט הוא יצירת ממשקי מחשב-מחשב חדשים (BCI) חדשים, תוך שימוש במדידות fMRI של שדה גבוה במיוחד (UHF). "מצד אחד, זה מספק מבחן מבחן מאתגר עבור הידע החדש שנרכש שלנו על עקרונות קידוד באזורים במוח. מאידך גיסא, מחקר זה יכול להוביל ליישומים חדשים עבור חלק מהחולים, כגון אלו הסובלים מתסמונת נעולה, למרות הזמינות המוגבלת של סורקי UHF, "אמר פרופ 'ד"ר גבל.

הפרויקט ביצע כמה מחקרים 7 טסלה fMRI לבדוק אם ניתן ליצור BCIs כי לנצל מידע ברמה של תכונות ברמה עמודית. "זה מאתגר מאוד, משום שאיננו מתמקדים בפעילות מוחית מהגירוי החיצוני, אך אנו חוקרים את דפוסי פעילות המוח כתוצאה מדמיונו של משתתף, כלומר מפעילות מוחית הממריצה את עצמן", הסביר פרופ 'גבל. "ביקשנו מהמשתתפים לדמיין שדה של נקודות נעות בכיוונים שונים. עם 7 טסלה fMRI, אנחנו יכולים אז לפענח באמת מפעילות המוח שנוצר בקורטקס החזותי איזה כיוון תנועה נושא דמיין מבלי להראות שום גירוי חזותי חיצוני.

זה מרגש כפי שהוא מציין בפעם הראשונה כי מידע ברמת התכונה (בדוגמה זו, כיוונים שונים של תנועה דמיונית) אכן יכול לשמש כדי לבנות fHRI מבוססי UHF BCIs. עם זאת, פרופ 'ד"ר גבל מודה כי נדרשים שיפורים מסוימים כדי להגדיל את דיוק פענוח לפני שניתן לבדוק את המערכת על המטופלים בפועל.

במחקר הנוכחי, צוות הפרויקט בודק אם ניתן לבנות BCIs ברזולוציה גבוהה ב -7 טסלה המאפשרים לנושאים לכתוב מכתבי אלפבית פשוט על ידי הדמיון איך המכתבים נראים. זה מאתגר כפי שהוא דורש disantangling פעילות המוח, כי במידה רבה חופף באותם אזורים במוח החזותי מוקדם. התוצאות הראשונות עם ארבע אותיות שונות הן מבטיחות אבל זה עדיין לא ברור אם זה ישיר מכתבים תמונות BCI יגיע דיוק גבוהות בעת שימוש בכל אותיות האלפבית.

מאמצי מחקר עתידיים

בעוד שהפרויקט הניב תוצאות מרגשות, פרופ 'ד"ר גבל מדגיש כי עדיין יש מחקר רב. בעוד שהפרויקט מיפה את ארגון העמודה בכמה אזורי מוח מיוחדים, ישנם לפחות 30 אזורים ברמה בינונית, ויזואלית, סומטו-סנסורית ורב-חושית, שבהם הייצוגים המפורטים ברמת העמודה אינם ידועים. דוגמה אחת לכך היא תכונות לא ידועות כרגע בשימוש על ידי אזור חזותית טופס אזור, אזור פעיל במהלך הקריאה.

"אני מקווה שהמחקר הנוכחי והעתיד שלי יוביל להבנה עמוקה יותר של האופן שבו תפיסה ויזואלית חזותית נובעות מייצוגים של תכונות ומאינטראקציות במוח", אמר פרופ 'גבל. הבנה עמוקה יותר זו אכן יכולה לסלול את הדרך ל- BCI מתקדמים ביותר, אשר לא רק יסייעו בטיפול בהפרעות נוירולוגיות, אלא גם ישפרו באופן משמעותי את יכולת האנושות להשתלב ולהתחבר אורגנית למערכות מחשב בעלות עוצמה גבוהה.

menu
menu