Исследователи Калифорнийского технологического института «читают мысли» с помощью ультразвука

blank

Согласно исследованию, опубликованному в понедельник, исследователи из Калифорнийского технологического института разработали новую неинвазивную методику картирования мозговой активности с использованием функциональной ультразвуковой технологии, которая представляет собой потенциальный прорыв как в изучении функции мозга, так и в лечении пациентов, страдающих такими состояниями, как паралич.

В исследовании говорится о новом методе, разработанном учеными для использования ультразвуковых волн, аналогичных тем, которые используются для наблюдения за зародышем, для точного и точного картирования мозговой активности, связанной с движением у нечеловеческих приматов, говорится в письменном заявлении Калифорнийского технологического института .

Сопоставление нейронной активности с соответствующим поведением является основной целью нейробиологов, разрабатывающих интерфейсы мозг-машина (ИМТ), способных обнаруживать и интерпретировать сигналы, посылаемые мозгом через устройства интерфейса мозг-машина, или «устройства, которые считывают и интерпретируют активность мозга и передают инструкции. к компьютеру или машине », — говорится в заявлении.

Такие знания позволяют не только лучше понять работу мозга, но и позволяют создавать протезы, способные реагировать на мысли владельца.

«Хотя это может показаться научной фантастикой, существующие ИМТ могут, например, связать парализованного человека с роботизированной рукой ; устройство интерпретирует нейронную активность и намерения человека и соответственно перемещает робот-манипулятор », — говорится в заявлении.

Но до сих пор у такой технологии всегда был серьезный недостаток.

«Основным ограничением для развития ИМТ является то, что устройства требуют инвазивной операции на головном мозге для считывания нервной активности», — поясняется в заявлении. «Но теперь в сотрудничестве с Caltech был разработан новый тип минимально инвазивного ИМТ для считывания активности мозга, соответствующей планированию движения. Используя технологию функционального ультразвука (fUS), он может точно отображать активность мозга в точных областях в глубине мозга с разрешением 100 микрометров. Размер отдельного нейрона составляет примерно 10 микрометров ».

Согласно заявлению Калифорнийского технологического института , существующие неинвазивные методы сканирования мозговой активности, такие как функциональная магнитно-резонансная томография или фМРТ, «могут отображать весь мозг, но требуют громоздкого и дорогостоящего оборудования». «Электроэнцефалография (ЭЭГ) не требует хирургического вмешательства, но может измерять активность только с низким пространственным разрешением».

Исследовательская статья, опубликованная в понедельник в журнале Neuron, стала результатом сотрудничества лабораторий профессора нейробиологии Калифорнийского технологического института Ричарда Андерсена из Тяньцяо и Института нейробиологии Крисси Чен и профессора химической инженерии Михаила Шапиро и аффилированных преподавателей Института Чена. по данным Caltech.

Соавторами статьи являются научный сотрудник лаборатории Андерсена Самнер Норман, бывший научный сотрудник лаборатории Андерсона Василиос Христопулос и бывший научный сотрудник лаборатории Шапиро Дэвид Мареска.

«Когда часть мозга становится более активной, увеличивается приток крови к этой области», — сказал Шапиро. «Ключевым вопросом в этой работе был следующий: если у нас есть такая техника, как функциональный ультразвук, которая дает нам изображения динамики кровотока мозга в пространстве и во времени с высоким разрешением, достаточно ли информации из этого изображения, чтобы расшифровать что-то полезное о поведении?

«Ответ положительный. Этот метод позволил получить подробные изображения динамики нейронных сигналов в нашей целевой области, которые нельзя было увидеть с помощью других неинвазивных методов, таких как фМРТ », — сказал он. «Мы достигли уровня детализации, близкого к электрофизиологии, но с гораздо менее инвазивной процедурой».

Помимо других применений, открытие имеет большой потенциал для лечения пациентов, потерявших движение из-за неврологической травмы или заболевания, сказал Норман.

«Инвазивные формы интерфейсов мозг-машина уже могут вернуть движение тем, кто потерял его из-за неврологической травмы или болезни», — сказала она. «К сожалению, лишь немногие избранные с наиболее тяжелым параличом имеют право и желают имплантировать электроды в свой мозг. Функциональный ультразвук — невероятно захватывающий новый метод регистрации детальной активности мозга без повреждения тканей мозга ».

«Мы раздвинули границы ультразвуковой нейровизуализации и были взволнованы тем, что она может предсказывать движения», — добавил Норман. «Что наиболее захватывающе, так это то, что fUS — это молодая технология с огромным потенциалом — это всего лишь наш первый шаг к тому, чтобы обеспечить высокий уровень эффективности и менее инвазивный ИМТ большему количеству людей».

По словам Марески, новая методика дает результаты в 10 раз более чувствительные, чем МРТ.

В то время как в недавнем исследовании участвовали нечеловеческие приматы, в настоящее время ведется совместная работа с USC по изучению новой технологии с участием добровольцев, которым удалили часть черепа из-за черепно-мозговых травм, по данным Калифорнийского технологического института.

«Поскольку ультразвуковые волны могут не подвергаться воздействию через эти« акустические окна », можно будет изучить, насколько хорошо функциональный ультразвук может измерять и декодировать мозговую активность у этих людей», — говорится в заявлении.

Поделиться

Источник