Orosz tudósok vizuális gondolatok olvasására használható gépet fejlesztettek ki

Az orosz Neurobotics társaság és a moszkvai Fizikai és Technológiai Intézet kutatói egy olyan módszer fejlesztésével készültek el nemrégiben, mely az agyi aktivitás valós idejű képi megjelenítését oldja meg oly módon, hogy a megfigyelők valóban láthatják, amit a páciens érzékel.

Az új módszer várhatóan lehetővé teszi olyan rehabilitációs eszközök fejlesztését is, amelyek agyi jelek által vezéreltek, és a stroke utáni kezelésben alkalmazhatók. A kutatók a bioRxiv-en tették közzé eredményeiket, és egy online elérhető videóban mutatják be a „gondolatolvasás” folyamatát.

Az agy által irányított eszközök, valamint a kognitív rendellenességek kezelésére és a stroke utáni rehabilitációra szolgáló módszerek fejlesztéséhez a neurobiológusoknak meg kell értenie, hogy az agy hogyan kódolja az információkat. Ennek kulcsfontosságú eleme az emberek agyi aktivitásának tanulmányozása, például akkor, amikor vizuális információkat érzékelnek.

Jelenleg a megfigyelt képeknek az agyi szignálokból történő kinyerésére vagy funkcionális MRI-t használnak, vagy közvetlenül az idegsejtektől implantátumok révén felvett jeleket elemeznek. Mindkét módszer csak meglehetősen korlátozott mértékben alkalmazható a klinikai gyakorlatban és a mindennapi életben is.

Az MIPT és a Neurobotics által kifejlesztett „agy-számítógép interfész” a mesterséges ideghálózatokon és az elektroenkefalográfián (EEG) alapul, amely az agyhullámok rögzítésére szolgáló technika. Az EEG nem invazív eljárás, a fejbőrön elhelyezett elektródák segítségével képes monitorozni az agytevékenységet. A kapott adatok elemzése révén a rendszer rekonstruálja azokat a képeket, amelyeket az elektródákat viselő személy valós időben lát.

“A Nemzeti Technológiai Kezdeményezés nevű állami szervezet keretein belül egy úgynevezett Asszisztív Technológiák (Assistive Technologies) projekten dolgozunk, amelynek középpontjában az agy-számítógép interfész áll. Ez lehetővé teszi például az agyvérzést szenvedett betegek számára, hogy egy exoszkeleton kar irányításával fejlesszék a sérült idegpályákat, vagy hogy bénult betegek képesek legyenek az elektromos kerekesszék irányítására. A végső cél az idegkontroll pontosságának növelése az egészséges egyéneknél ” – mondta Vladimir Konyšev, az MIPT Neurorobotics Laboratóriumának vezetője.

A kísérlet első részében a neurobiológusok arra kérték az egészséges alanyokat, hogy nézzenek meg 20 percnyi, 10 másodperces részekből álló YouTube-videót. A csapat öt (önkényesen kiválasztott) kategóriát jelölt ki: absztrakt formák, vízesések, emberi arcok, mozgó mechanizmusok és motoros járművekkel kapcsolatos sportok. Az utóbbi kategóriába csak olyan klipeket válogattak be, melyben a motoros, vízijárműves, robogós, motorkerékpáros és autóversenyzős videókat FPS-nézetben (mintha maguk a nézők ülnének a kormánynál) rögzítették.

Az EEG-adatok elemzésével a kutatók kimutatták, hogy az agyhullám-mintázat az egyes kategóriákban különbözik. Ez lehetővé tette számukra, hogy valós időben elemezzék az agynak a látottakra adott válaszát. A kísérlet második szakaszában három véletlenszerű kategóriát választottak ki az eredeti öt közül. A kutatók két neurális hálózatot fejlesztettek ki: egy olyat, amely képes véletlenszerű képeket előállítani elektromos “zajból”, és egy másikat, mely az EEG által előállított hullámokból generál az előbbi inputspecifikációinak megfelelő “zajt”. A kutatók ezután létrehoztak egy olyan hálózatot, mely a két rendszer képességeit összehangolva képes rá, hogy az EEG-jeleket valódi képekké alakítsa, vagyis megjeleníti azt, amit a kísérleti alanyok látnak.

A rendszer a tesztelt alanyok esetében olyan jól végezte a dolgát, hogy 90%-ban azonosítható képeket generált – vagyis a kapott képek nagy részéről egyértelműen el lehetett dönteni, hogy az öt közül melyik kategóriába tartoznak.

“Az elektroenkefalogram az agyi jelek feldolgozására való. Korábban a szakma úgy gondolta, hogy a komplex agyi folyamatok EEG-n keresztüli tanulmányozása olyan, mintha egy gőzgép belső szerkezetét a gőzmozdony által kibocsájtott füst elemzésével akarnánk megfejteni” – magyarázza Grigory Rashkov, az MIPT junior kutatója és a Neurobotics programozója. “Nem számítottunk arra, hogy a kinyert jelek elegendő információt tartalmaznak ahhoz, hogy a vizsgálati személy által látott képet rekonstruálni tudjuk. De szerencsére lehetségesnek bizonyult.”

Az orosz kutatók találmánya olyan cégek termékeivel veszi fel a versenyt, mint az Elon Musk által vezetett Neuralink. Az invazív módszert alkalmazó riválisok eszközeinek más kihívásokkal kell megküzdeniük: az agyba juttatott apró elektródák például az oxidáció miatt néhány hónapos használat után elavulhatnak. Ehhez képest a fejbőrön elhelyezett elektródák nem igényelnek komoly beavatkozást, és bármikor cserélhetőek.

Hegyi Heni, NEW technology