Laboratorio de Psicofisiología MSU: EEG como una herramienta de ingeniería inversa de la interfaz cerebro y cerebro-ordenador

En el complejo de investigación psicofisiología Facultad de Psicología de la Universidad Estatal de Moscú es quizás uno de los encefalografía más precisa y de alta velocidad en el mundo. Especialmente para la investigación se puede utilizar hasta 258 canales a la vez en un modo pasivo, permitiendo registro sincrónico y analizar el electroencefalograma (EEG) en tiempo real.





(Katya conecto a la matriz de 32 canales de EEG con electrodos activos) i>

Como "Pacman engullen plaza inexistente", que parte del cerebro que genera la ilusión de figuras en color como psicofisiólogos manejan señales multidimensionales y si se pueden llevar a ingeniería inversa del cerebro.

Bajo la descripción de la superficie de corte del dispositivo, un poco sobre el procesamiento de señales y la investigación acerca de aquellos que pasan psico científicos jóvenes, neurocientíficos, y qué desafíos existen para los programadores que quieren estudiar el cerebro y / o trabajar en un proyecto para estudiar el cerebro.




Convenientemente situado en una silla, sentarse y tomar una respiración profunda




Casco EEG con un sistema de ActiChamp Brainproducts ™ está equipado con biosensores activos (hasta 128 canales) que captan los más mínimos cambios en las señales eléctricas del cerebro de una persona con muy alta frecuencia de muestreo - hasta 100 kHz!

256 canales





256 canales



Activo, a diferencia de los electrodos pasivos están equipadas con los microchips incorporados - preamplificadores, que digitaliza la señal analógica y transmite de una con la menor distorsión.

Los electrodos se montan sobre todo importante para el análisis de las regiones del cerebro y de forma sincrónica transmiten una señal a la unidad de amplificador o utilizando el bucle o en wi-fi - 32 en el canal de flujo con un ancho de banda de 1000 banda Hz y una frecuencia de muestreo de 5000 Hz hasta 500 Hz, en contraste con algunos de los médicos EEG, por no hablar de neyrogarniturah).


Módulo Wi-fi



Una vez que las señales se envían a las unidades de amplificador (nivel de ruido ≤ 2 μVpp), su camino no se termina. Luego son trasladados a un cable doble de fibra óptica para el adaptador USB, que también recibe y señales externas (disparadores) para sincronizar con dispositivos externos, como EyeTracker'om (estaba en el camino. Tiempo). Adaptador USB sirve como un conector a la PC.



El objetivo principal de todos los elementos de los intermediarios para minimizar la distorsión y el retraso en la señal, cuyo poder se mide sólo decenas de microvoltios





Bloques adicionales para el registro de la llamada indicadores periféricos que reflejan los procesos autonómicos, como el ritmo cardíaco, el tono vascular, la respiración, la temperatura, el movimiento, la actividad muscular, etc., hasta 128 canales adicionales.

Sensores


Resistencia de la piel, sensor de temperatura, un acelerómetro, un monitor de ritmo cardíaco
óptica


Aquí, en los cuales se realizaron mediciones cuando no hay estudiantes

Software y Procesamiento de Señal h4> Software para el procesamiento y análisis de la EEG tiene una amplia funcionalidad con la capacidad de integrar los datos de resonancia magnética para la localización de las señales eléctricas dadas constitución individual del cerebro del individuo. En realidad, el propio sistema tiene un módulo denominado "de baja resolución tomografía» (LORETA) (* no se trata de la realización técnica - emisión magnética o positrones, y el principio de la visualización y mapeo del cerebro).

Uno de los principales problemas de precisión - son artefactos. Este término se refiere a la distorsión por factores externos o internos, si los movimientos de los ojos o con el objetivo de 100 Hz de la lámpara fluorescente.

A pesar de la aparente perfección de la tecnología EEG, carencias subsisten. Tal vez más importante entre ellos - la necesidad de usar una pasta conductora de la electricidad o gel para reducir la resistencia entre los electrodos y el cuero cabelludo. Tecnología en general, no es un auto-suficiente, y la tendencia reciente converge a una combinación de diferentes métodos. Ya utiliza electrodos que operan en una tomografía campo magnético (alrededor del 10 Tesla).



La línea punteada - es un estímulo externo. Fagment señal de EEG (izquierda) intenta localizar una fuente de espacio tridimensional (en el centro) y en la proyección sobre el cuero cabelludo (derecha)



Un fragmento de la
EEG registrado


Eso es como krivulkami nuestro cerebro ve el mundo. Pero en serio, esto es los SMS (potenciales relacionados con eventos), que reflejan la red (especialmente grabadas y filtradas) grupos de neuronas respuesta a un estímulo particular. Aquí están todos juntos en todas las derivaciones. Potencial y hasta el momento (en su caso) problema insoluble es lo contrario: para restaurar lo que se ve / escucha / fue / toque gente en este momento



Bottom - MSS, pero no todos juntos, y la forma en que se registraron en diferentes derivaciones
.


Mapa subelectrode actividad localización por segundo - Imagen para
Imagen


3d-vista



La transformada de Fourier de la señal grabada en diferentes electrodos.



Transformada wavelet continua EEG. (Los primeros psicofisiólogos reglas - no decirle a nadie sobre la wavelet Broma..) Wavelet tenemos que mirar el componente de frecuencia del EEG (diferentes ritmos consisten en diferentes frecuencias y reflejan diferentes estados de personas) y considerarlo todo en tiempo en º plazo.

Gente h4>

Advertencia h5> Vyacheslav Lebedev , los empleados y la psicofisiología estudiante graduado MSU. MV Universidad, co-fundador de NeuroFuture , fisiólogo:
"La esencia de mi trabajo científico - estudio del papel de la atención en el proceso de integración intermodal.
Explicación: La información procedente del entorno exterior, por lo general consiste en señales de diferentes modalidades (auditivo, visual, etc.). Tratamiento de la información multisensorial requiere estructuras cerebrales implicadas en colaboración sincrónica señales obrabtke cierta modalidad. Los estudios modernos sobre el nivel de las neuronas individuales indican la existencia de neuronas en diferentes áreas y niveles del cerebro cuya función es tratarlo información multisensor. Pero la pregunta sigue siendo sistema abierto que combina estas estructuras de varios niveles en el procesamiento de la información multisensorial corriente del proceso, así como el papel de un arbitrario (iniciado por el hombre mismo) o involuntaria (causada por eventos externos) la atención en el proceso. EEG -. Uno de los métodos más informativos para el estudio de la dinámica de este proceso »



(Encontrar un perro) i>

Ilusión h5> Ilya Zakharov , psicofisiología estudiante graduado MSU. MV Universidad, co-fundador de NeuroFuture , fisiólogo:
"Psicofisiología intentando empatar el perfecto (psicología y" alma "si hay uno) y el material (que se puede explorar los métodos científico-naturales). Se obtiene con mayor o menor éxito, pero es interesante



Hay tales cosas - una ilusión. ¿Qué ocurre en el cerebro cuando los vemos? ¿Hay un patrón universal de la actividad cerebral, el mismo para todas las personas, lo cual es característico sólo para esos momentos en que vemos la ilusión visual? ¿Y si nos fijamos en un ser querido, y de repente nos aparece este patrón?



Mediante el registro de los diferentes patrones de EEG se puede relacionar objetivamente para registrarse en la percepción persona para un nuevo tipo de ilusión (por ejemplo, una nueva versión de la ilusión de contorno subjetiva). Para ello, utilice el método de potenciales relacionados con eventos:. La asignación de la señal total del EEG del componente que aparece en la presentación de las ilusiones



Negro horario - sólo un incentivo, rojo - una ilusión, a trazos - el momento de la presentación del estímulo
Derecha - la respuesta del cerebro a la presentación de las ilusiones de tipo clásico en comparación con el estímulo cuando el cerebro no tiene que terminar de construir
Izquierda - respuesta a la presentación de un nuevo tipo, de nuevo, en comparación con cuando no es necesaria para terminar la construcción de i>

Vemos que en la amplitud de la señal mismo lugar (N170 componente) en respuesta a la ilusión de más. Esta respuesta - una medida objetiva de nuestra percepción de la ilusión. Si vemos liso, ondulado y contornos ilusorios en el mismo nivel psicofisiológico, probablemente en ambos casos utilizamos los mismos mecanismos de formación de la imagen. »

Programación y procesamiento de señales multidimensional h5> Kostya Slavnov , programador
- ¿Qué es la matemática el motivo interno spodvig a trabajar en un proyecto-neyrosayns I>
? - Interés. Siempre tuve curiosidad por saber cómo funciona el cerebro humano. Para entonces yo ya sabía mucho sobre las posibilidades del método de análisis de datos en relación con el cerebro. Todos ellos se basan en el procesamiento de señales multidimensional. Y yo tenía sólo un tema de la obra tal curso.
Como siempre ha jugado un importante papel accidente. Leí artículo sobre Ilya y decidí escribirlo yo, que yo - un matemático-programador interesado en este tema. Y los chicos simplemente no tienen un hombre con mis habilidades. Y rápidamente me incorporé en el trabajo.

La sinestesia h5> Maria Stepanenko , un estudiante en el Departamento de Psicofisiología MSU. MV Universidad, fisiólogo, investigador de
sinestesia
"Sinestesia - está, en términos generales, la relación de las diferentes modalidades. Se manifiesta en forma de experimentar sensaciones en una modalidad al ofrecer incentivos a otro.



¿Puedes encontrar rápidamente el triángulo "color"? I>

En general, la sinestesia - muy interesante, pero también fenómeno muy escasamente. Hay una increíble variedad de diferentes tipos de ella: algunos sinestésicos "ver" el color de ciertas letras / día de la semana / mes, algunos de ellos "sienten" los olores en la pronunciación de ciertas palabras, alguien "se siente" la textura de voz / olor, "se siente" gusto nombres "oye" el movimiento y así sucesivamente. Además, la mayoría de la comunicación no se muestra sinestésicos dos sino una pluralidad de modalidades, y por lo tanto exhiben diversos tipos sinestezii.

Hay muchas hipótesis sobre la forma en que hay experiencia sinestésica. En mi estudio de la cuestión del nivel en el que se produce este proceso: ¿Sólo sensaciones de percepción, el procesamiento de los cuales se lleva a cabo en los niveles inferiores, o un alto nivel, proceso cognitivo
. Énfasis en la sinestesia audiovisual - es decir, en los tonos al tacto y timbres con diferentes colores. A medida que los sujetos actúan como sinestésicos, y personas que no tienen percepciones sinestésicas. En el curso del experimento (- a saber, en el momento de presentación de los estímulos de sonido) se registra EEG, y más tarde - el análisis de los datos mediante la comparación de la PAC, registrada en sinestésicos y nesinestetov.

Hablando de la prueba: Si usted está interesado en este tema, o de repente usted tiene amigos sinestésicos, o de repente, te encuentras en la presencia de especies adecuadas para este estudio sinestesia audiovisual - no dude en ponerse en contacto conmigo, estaré contento de verte entre nuestros temas! »

Discurso en TED neurocientíficos




"números de color" sinestesia de prueba (de izquierda - cómo una persona común ve la imagen de la derecha - la visión de los sinestésicos: un triángulo de doses inmediatamente resaltados en un color diferente, por lo que los sinestésicos fácil y rápidamente pueden señalar en cualquier doses en la imagen) i>

Tratamiento h5> Andrew Uchaev , estudiante de la Universidad Estatal de Moscú de Psicofisiología. MV Lomonosov, psicofisiología:
"Mi posición es la obtención de datos experimentales fue bien reflejado en las palabras de uno de los héroes del juego:" ... nos tiramos la ciencia en la pared y ver qué se pega .. "Esto sugiere que el estudio que trato de sacar el máximo partido de los datos que se puede exprimir en absoluto de señal electrofisiológica.



Ahora estoy obsesionado más en lo siguiente: en el desarrollo de diversos métodos de procesamiento de la señal, independientemente de la tarea. Programadores Ayuda aquí es enorme. Hay varios problemas: el caso de que no todos los métodos de tratamiento se presenta en un programa, o no tienen acceso a todas las funciones - que tiene que esquivar, y no siempre es posible.



Y hay otra cuestión importante - el ahorro de tiempo. Muy a menudo es necesario para procesar los datos de diez personas, usando 10-15 transformaciones diferentes. No dejaría de escribir scripts que automatizan la tarea. Apretó el botón y se fue a casa -. Y por la mañana todo se procesa »

Conclusión h4> «neurociencia necesitan programadores". Así hablan y homólogos rusos, y neurocientíficos extranjeros incluso volviéndose hacia el hacker. Porque muy pronto, Dios no lo quiera, puede ser no requerida única herramienta privacidad mensaje i> de la interceptación técnico, pero pensé i>.


Asimov escribió que "la humanidad se queda con dos rompecabezas - las profundidades del espacio y el misterio del cerebro," agradó que el Habr acoge con gran satisfacción el programa espacial, espero que lo mismo sucederá con el estudio del cerebro.

Fuente: habrahabr.ru/company/neuronspace/blog/235399/

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