Ультразвук обеспечивает менее инвазивные интерфейсы «мозг-машина»

Ультразвук обеспечивает менее инвазивные интерфейсы «мозг-машина»
23:16, 02 Дек.

Интерфейсы «мозг-машина» (ИМТ) — это устройства, которые могут считывать активность мозга и преобразовывать эту активность для управления электронными устройствами, такими как протез руки или компьютерный курсор. Они обещают дать возможность людям с параличом перемещать протезы силой мысли.

Многие ИМТ требуют инвазивных операций по имплантации электродов в мозг для считывания активности нейронов . Однако в 2021 году исследователи Калифорнийского технологического института разработали способ считывания активности мозга с помощью функционального ультразвука (ФУЗ), гораздо менее инвазивного метода.

Теперь новое исследование является доказательством концепции того, что технология FUS может стать основой для «онлайн» ИМТ, который считывает активность мозга, расшифровывает ее значение с помощью декодеров, запрограммированных на машинное обучение, и, следовательно, управляет компьютером, который может точно прогнозировать движение с минимальной задержкой.

Исследование проводилось в лабораториях Калифорнийского технологического института Ричарда Андерсена, профессора нейробиологии Джеймса Г.

Босуэлла, а также директора и руководителя Центра взаимодействия мозга и машины Чена T&C; и Михаил Шапиро, профессор химической и медицинской инженерии Макса Дельбрюка и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.

Работа проводилась в сотрудничестве с лабораторией Микаэля Тантера, директора по физике медицины INSERM в Париже, Франция.

«Функциональное ультразвуковое исследование — это совершенно новый метод, который можно добавить к арсеналу интерфейсов мозг-машина, который может помочь людям с параличом», — говорит Андерсен.

«Она предлагает привлекательные возможности менее инвазивности, чем мозговые имплантаты, и не требует постоянной повторной калибровки.

Эта технология была разработана как результат совместных усилий, которые не могут быть выполнены в одной лаборатории». «В целом, все инструменты для измерения активности мозга имеют свои преимущества и недостатки», — говорит Самнер Норман, бывший старший научный сотрудник Калифорнийского технологического института и соавтор исследования.

«Хотя электроды могут очень точно измерять активность отдельных нейронов, они требуют имплантации в сам мозг, и их трудно масштабировать более чем на несколько небольших участков мозга.

Неинвазивные методы также имеют свои недостатки. Функциональная магнитно-резонансная томография [фМРТ] обеспечивает доступ ко всему мозгу, но ограничен ограниченной чувствительностью и разрешением.

Портативные методы, такие как электроэнцефалография [ЭЭГ], затруднены из-за низкого качества сигнала и неспособности локализовать глубокие функции мозга».

Ультразвуковая визуализация работает путем излучения импульсов высокочастотного звука и измерения того, как эти звуковые вибрации отражаются по всему веществу, например, в различных тканях человеческого тела.

Звуковые волны распространяются с разной скоростью через эти типы тканей и отражаются от границ между ними. Этот метод обычно используется для получения изображений плода в утробе матери и для других диагностических изображений.

Поскольку череп сам по себе не проницаем для звуковых волн, использование ультразвука для визуализации мозга требует установки в череп прозрачного «окна». «Важно, что ультразвуковую технологию не нужно имплантировать в сам мозг», — говорит Уитни Григгс (доктор философии ’23), соавтор исследования.

«Это значительно снижает вероятность заражения и оставляет ткань мозга и ее защитную оболочку совершенно неповрежденными».

«По мере изменения активности нейронов меняется и использование ими метаболических ресурсов, таких как кислород», — говорит Норман. «Эти ресурсы пополняются через кровоток, что является ключом к функциональному ультразвуку».

В этом исследовании ученые использовали ультразвук для измерения изменений притока крови к определенным участкам мозга. Точно так же, как звук сирены скорой помощи меняет высоту звука по мере приближения и удаления от вас, эритроциты будут увеличивать высоту отраженных ультразвуковых волн по мере их приближения к источнику и уменьшать высоту по мере их удаления.

Измерение этого явления эффекта Доплера позволило исследователям зафиксировать крошечные изменения в кровотоке мозга в пространственных областях шириной всего 100 микрометров, что примерно равно ширине человеческого волоса.

Это позволило им одновременно измерять активность крошечных нейронных популяций, некоторые из которых насчитывают всего 60 нейронов, по всему мозгу.

Исследователи использовали функциональный ультразвук для измерения активности мозга в задней теменной коре (PPC) приматов, области, которая управляет планированием движений и способствует их выполнению.

Этот регион изучался лабораторией Андерсена на протяжении десятилетий с использованием других методов.

Животных обучали двум задачам, требующим от них либо спланировать движение руки, чтобы направить курсор на экран, либо спланировать движение глаз, чтобы посмотреть на определенную часть экрана. Им нужно было только думать о выполнении задачи, а не двигать глазами или руками, поскольку BMI считывал действия по планированию в своем PPC.

«Я помню, насколько впечатляюще это было, когда два десятилетия назад такой вид прогнозирующего декодирования работал с электродами, и сейчас удивительно видеть, как он работает с гораздо менее инвазивным методом, таким как ультразвук», — говорит Шапиро.

Ультразвуковые данные отправлялись в режиме реального времени на декодер (ранее обученный декодировать значение этих данных с помощью машинного обучения ), а затем генерировали управляющие сигналы для перемещения курсора туда, куда животное намеревалось направить его.

BMI смог успешно проделать это с восемью радиальными целями со средней ошибкой менее 40 градусов.

«Важно, что этот метод не требует ежедневной повторной калибровки ИМТ, в отличие от других ИМТ», — говорит Григгс.

«В качестве аналогии представьте, что вам нужно калибровать компьютерную мышь в течение 15 минут каждый день перед использованием». Далее команда планирует изучить, как ИМТ, основанный на ультразвуковой технологии, работает на людях, а также продолжить разработку технологии фУЗ, позволяющей получать трехмерные изображения с повышенной точностью.

Статья называется «Декодирование двигательных планов с использованием замкнутого ультразвукового интерфейса мозг-машина» и опубликована в журнале Nature Neuroscience.

Рубрика: Гаджеты и Технологии. Читать весь текст на android-robot.com.

 

Cyberpunk 2077 Update 2.1 добавит метро с 19 станциями уже 5 декабря Разработчики Cyberpunk 2077 объявили, что намерены выпустить второе значимое обновление Update 2.1, которое будет включать в себя несколько долгождан...

Илон Маск официально открыл продажи электрического внедорожника Cybertruck и объявил цены Во время анонса Tesla Cybertruck в 2019 году, Илон Маск сказал, что автомобиль будет продаваться за $40 000. С тех пор данная цифра не обновлялась, н...

Миссия Dragonfly на Титан: запуск задержан на год из-за неопределённости бюджета Миссия Dragonfly NASA, направленная на исследование Титана — спутника Сатурна, будет задержана: следующий этап разработки перенесён на год, а з...

Миссия Aditya-L1: инструменты начали сбор данных о космической погоде и солнечном ветре Индийское космическое агентство ISRO (Indian Space Research Organisation) объявило, что экспериментальная нагрузка Aditya Solar Wind Particle Experim...

Cозданы крошечные биологические роботы из клеток трахеи человека Исследователи из Университета Тафтса и Института Висса Гарвардского университета создали крошечных биологических роботов, которых они называют Антроб...

Фондовый рынок, Daily history за 30 ноября 2023 г. Индекс Изменение, пункты Цена закрытия Изменение, % NIKKEI 225 165.67 33486.89 0.5 Hang Seng 49.44 17042.88 0.29 KOSPI 15.48 2535.29 0.61 ASX 200 52 ...

Валютный рынок, Daily history за 30 ноября 2023 г. Валютная пара Цена закрытия Изменение, % AUDUSD 0.6605 -0.17 EURJPY 161.36 -0.03 EURUSD 1.08892 -0.73 GBPJPY 187.093 0.18 GBPUSD 1.26252 -0.52 NZDUSD...

Поездка с риском для жизни: смолянин «налетел» на неожиданное препятствие на дороге в центре города Крышка люка, на которую наехал молодой человек, больно ударила не только по авто, но и по бюджету горожанина. Максим, герой нашей истории, — об...

Menemukan Data SGP Terlengkap untuk Hasil Togel Terbaik Kita semua tahu bahwa menemukan data SGP terlengkap untuk hasil togel terbaik bukanlah sesuatu yang mudah. Bahkan, jika Anda belum terbiasa dan belum...

Cara Bermain Menang dengan Hasil Pengeluaran SGP Live Jika Anda sibuk mencari cara bermain togel Singapura dan menang, pengeluaran SGP Live adalah jalan. Sebagian besar orang berpikir jika mereka perlu m...

Индекс Dow Jones достиг нового исторического максимума Небольшим ростом основных котировок завершились в понедельник торги на Нью-йоркской фондовой бирже. Индекс Dow Jones - важнейший показатель деловой а...

Жителей Японии предупредили о нападениях агрессивных бессонных медведей зимой В Японии в эту зиму ожидается всплеск нападений агрессивных и бессонных медведей. Обычно бурые медведи, проживающие в префектуре Хоккайдо, и азиатски...

Международный университет инвестиций Юлии Кузнецовой признан лучшей онлайн-школой для инвесторов Ежегодная премия Investment Leaders Award назвала сильнейших игроков финансового рынка. Победа в номинации «Лучшая онлайн-школа для инвесторов» заслу...

ТОП 5 - Лучшие LED/LASER проекторы для домашних кинотеатров LED/LASER проекторы пока так и не приблизились по ценам к ламповым моделям, а их уже вытесняют большие телевизоры, которые стремительно дешевеют Наст...

Топ 10 - Лучшие проекторы для домашних кинотеатров в жилой комнате Под давлением быстрого снижения цен на телевизоры из обновленной версии обзора полностью исчезли бледные модели проекторов мощностью менее 300 Вт Гла...

Продажа электромобилей в Москве Приобрести электромобили из Китая в компании «Автотрейдер» может каждый желающий. Кстати, популярность такого рода транспортных средств с каждым годо...

Интернет-магазин автомобильных шин как прибыльный бизнес В эпоху цифровизации экономики интернет-торговля занимает все более значимое место в бизнес-пространстве. Особенно это касается рынка автомобильных ш...

КНР строит первое в мире подводное хранилище данных Китай начал строительство первого в мире подводного коммерческого хранилища хранения данных. Об этом в понедельник, 27 ноября, сообщает CGTN. Первый ...

Apple покажет iPhone 15. Чего ожидать Apple готовит показ новинок. 12 сентября в своей штаб-квартире в калифорнийском Купертино компания представит новые iPhone. Событие будет транслирова...

Металлурги Европы выступили против продолжения импорта полуфабрикатов из РФ Евросоюз должен отклонить запросы от нескольких стран-членов по продлению сроков импорта российских стальных полуфабрикатов. Такое продолжение рискуе...

Настроения бизнеса в Украине ухудшились У украинского бизнеса в ноябре снова имелись негативные ожидания по результатам деятельности собственных предприятий в ближайшей перспективе. Об этом...

Три кита Subaru: хорошее предложение на Forester, Outback и Crosstrek Дороги кое-где уже в ноябре превратились в каток, поэтому становится ясно: просто хороших зимних шин для уверенной безопасности, возможно, будет недо...

Toyota GR Sport: откуда взялись эти буквы и что они означают сегодня Если вы выпускаете автомобили – бросьте их в пламя безумных баталий автоспорта! И на выходе получите результат, от которого будут в восторге автовлад...

Чемпионат Англии. «МЮ» в гостях у «Ньюкасла», «Арсенал» победил «Вулвс», «Ман Сити» и «Тоттенхэм» сыграют завтра Также в субботу «Манчестер Юнайтед» играет с «Ньюкаслом» в гостях. В воскресенье «Челси» примет «Брайтон», «Ливерпуль» – «Фулхэм», а завершится тур м...

Чемпионат Испании. «Реал» обыграл «Гранаду», «Сосьедад» Захаряна в гостях у «Осасуны», «Жирона» победила «Валенсию» Также в субботу «Жирона» победила «Валенсию» (2:1). В пятницу «Лас-Пальмас» обыграл «Хетафе» (2:0). В воскресенье «Барселона» будет противостоять «Ат...

Вышел первый трейлер культового мультфильма Гарфилд Sony Pictures Entertainment выпустила первый трейлер анимационного фильма Гарфилд. Лента расскажет о рыжем коте, который обожает лазанью и ненавидит ...

Apple назвала лучшие приложения из App Store по итогам 2023 года. Есть реально полезные Традиционно под конец года Apple называет лучшие программы из App Store для каждой категории своих устройств. Редакция магазина приложений неподкупна...

5 детских игрушек, которыми можно управлять с Айфона. Подбери подарок ребенку на Новый год уже сейчас Нельзя не согласиться с тем, что современные дети намного более продвинутые, чем были мы в их возрасте. Однако и возможностей у них намного больше. Н...

Компания PRO32 представила на рынке России и стран СНГ обновленный антивирус Компания PRO32, которая до 2022 года была эксклюзивным дистрибьютором словацкого разработчика антивирусных решений ESET, выпустила новую версию своег...

Гаджеты недели 28 ноября 2023 года Представляем вашему вниманию: интеллектуальная роботизированная газонокосилка RoboUP T1000P; беспроводная мышь Snoopy Wireless Mouse для детей; полно...

Антивирусная кампания перед Новым годом Наступает последний месяц года, который всегда бывает заполнен приятными предновогодними хлопотами. Параллельно вирусы, грипп и ковид вносят свои кор...

Перечислены полезные свойства мандаринов Мандарины — это фрукты, богатые питательными веществами, и они имеют несколько полезных свойств. Вот некоторые из них: Высокое содержание витам...

Объявлен слоган для Евровидения-2024 Европейский вещательный союз и SVT объявили слоган для международного песенного конкурса Евровидение-2024. Об этом сообщается на официальном сайте. В...

Психолог дала советы тем, кто боится возвращаться в Украину Некоторые украинцы, выехавшие за границу из-за российской войны, боятся возвращаться в родную страну во время боевых действий. О том, как побороть эт...

Эксперты назвали главную опасность удаленной работы Ведущие эксперты утверждают, что работа на дому вредит психическому здоровью. В частности, приводит к развитию тревоги, депрессии и расстройства пище...

Что такое расчетный счет и как выбрать банк для открытия Расчетным называется специальный счет в банке, предназначенный для ведения бизнеса. На него получают платежи, с него делают переводы, счет используют...

Вок лапша и рис: основные достоинства блюда, распространенные виды Вок лапшу и рис можно назвать настоящими символами паназиатской кухни. Эта еда, в приготовлении которой задействуется специальная посуда и ингредиент...

Электрические выдвижные пороги для автомобиля

Электрические выдвижные пороги для автомобиля - это современное устройство, предназначенное для обеспечения максимального комфорта и безопасности ...

Брошь - элегантная роскошь от RODIS

RODIS - это ювелирный завод, который вот уже многие годы радует своих клиентов изысканными украшениями. Среди широкого ассортимента продукции, осо...

Пароконвектоматы Unox – это современные кулинарные устройства

Инновационные технологии

Пароконвектоматы Unox – это современные кулинарные устройства, оснащенные передовыми технологиями, которые револ...

Тепловое оборудование для ресторана

Значение теплового оборудования в ресторанном бизнесе

Правильное тепловое оборудование для кафе и...