У лабораторії Психофізіології Московського державного університету: ЕЕГ як інструмент для зворотної інженерії головного мозку та головного комп’ютера

У науково-дослідному комплексі психофізіології факультету психології Московського державного університету є, мабуть, одним з найбільш точних і швидкісних енцефалографів світу. Спеціально для наукових досліджень можна використовувати одночасно до 258 каналів в пасивному режимі, що дозволяє синхронізувати запис і аналіз електроенцефалограми (EEG) в режимі реального часу.




(з'єднання Katya до матриці EEG 32 канали з активними електродами)

Як «Пакмен їсти невибагливу площу», яка частина мозку генерує ілюзії, які номери кольорів, як психофізіологи обробляють багатовимірні сигнали, і чи це може призвести до зворотної інженерії мозку.

Під головуванням є поверхневий опис пристрою, трохи про обробку сигналів і про ті дослідження, які проводяться молодими науковцями психоневрологами і які проблеми є для програмістів, які хочуть вивчити мозок і / або працювати в проекті для вивчення мозку.



Сісти комфортно в стілець, сидіти назад і приймати глибокий дихання.



BrainproductsTM ActiChamp EEG шолом оснащений активними біосенсорами (до 128 каналів), які захоплюють найменші зміни електричних сигналів з мозку людини з надзвичайно високими показниками відбору – до 100 KHz!

256 каналів



256 каналів



Активні, на відміну від пасивних, електроди оснащені вбудованими мікрочіпами – запобіжниками, які оцифровують аналоговий сигнал і передають його найменшим спотворенням.

Електроди встановлюються на всіх важливих ділянках мозку для аналізу і синхронно передають сигнал для підсилювачів блоків або сливом або за допомогою wi-fi - 32 канали на блок з пропускною здатністю 1000 Гц і швидкістю відбору до 5000 Гц на відміну від 500 Гц деяких медичних ЕГ, не кажучи вже про нейроголовець.
р.

Модуль Wi-Fi

903194

Після того, як сигнали прибувають на підсилювачі ( рівень шуму ≤ 2 μVpp), їх шлях не закінчується. Потім передається через подвійний волоконно-оптичний кабель на адаптер USB, який також отримує зовнішні сигнали (тригери) для синхронізації з зовнішніми пристроями, наприклад, EyeTracker (близько його наступного часу). USB адаптер служить роз'ємом від ПК.

р.

Головне завдання всіх медіаторів полягає в мінімізації спотворення і затримки в сигналі, потужність якого вимірюється тільки в десятках мікровольтів.





Додаткові блоки для запису так званих периферичних показників, які відображають вегетативні процеси, такі як: кардіоритм, тонус судин, дихання, температура, рухи, м'язова активність та ін., до 128 додаткових каналів.

Датчики.


Стійкість шкіри, термосенсор, акселерометр, оптичний пульсометр

3610Р. 4200Р.

Ось хто робить вимірювання, коли немає студентів

Програмне забезпечення для обробки та аналізу EEG має широкий функціонал з можливістю інтегрувати дані МРТ для локалізації електричних сигналів з урахуванням індивідуальної конституції мозку конкретної людини. Сама система має модуль, який називається «низьковою томографії» (LORETA) (* ми не говоримо про технічну реалізацію – магнітне або поситронне випромінювання, але про принцип візуалізації та картування мозку).

Однією з основних проблем точності є артефакти. Цей термін відноситься до сигналів спотворень зовнішніми або внутрішніми факторами, чи є рухи очей або 100 Гц наконечника від флуоресцентних ламп.

Незважаючи на видиме вдосконалення технології реєстрації EEG, є ще недоліки. Можливо, основною є необхідність використання електропровідної пасти або гелю, щоб зменшити стійкість між шкірою голови і електродами. Технологія в цілому не є самодостатньою, а останнім тенденціям спостерігається на поєднання різних методів. Вже використовуються електроди, які працюють в магнітному полі томографії (близько 10 Tesla).



Dotted є зовнішнім стимулом. Фрагмент сигналу EEG (ліворуч), спроби локалізації джерела в об'ємному просторі (середній) і в проекції на склепі (праворуч)



Фрагмент записаного ЕЕГ



Це як наш мозок бачить світ. Але серйозно це PSS (пов'язані потенціали), які відображають чистий (спеціально записаний і відфільтрований) відповідь груп нейронів до певного стимулу. Вони всі в свинцю. Потенціал (і, можливо, навіть нерозчинний) задача є протилежною: реконструювати те, що людина пилила / курець / представить / в той момент.



Нижче наведено PSS, але не весь кластер, але, як вони були зареєстровані в різних провідниках.

3610Р. 4200Р.

Карта субелектродної локалізації діяльності, на другий - з картини до картини



3d-перегляд

р.

Фур'єр - трансформація сигналу, зареєстрованого під різними електродами.



Безперервна хвиляста трансформація ЕЕГ. (Перше правило психофізіології не скажеш нікому про хваліети.) Помилки. Для того, щоб подивитися на частотний компонент ЕЕГ (різні ритми складаються з різних частот і відображають різні стани людини) і врахуйте його в будь-який час.наі перспективи.

Люди.
До уваги.В’ячеслав Лебедєв, співробітник та аспірант кафедри психофізіології Московського державного університету імені Ломоносова, співзасновник проекту нейроФутюр, психофізіолог:
«Суть моїх досліджень – вивчення ролі уваги в процесах трансмодальної інтеграції.
Декодування: інформація, що надходить від зовнішнього середовища, як правило, складається з сигналів різних модалей (аудіорія, візуальна та ін.). Обробка цієї багатосенсорної інформації вимагає синхронного співробітництва структур мозку, залучених до обробки сигналів певної модності. Сучасні дослідження на рівні окремих нейронів показують наявність нейронів в різних сферах і рівнях мозку, функція якого полягає в обробці багатосенсорної інформації. Але питання системної уніфікації цих багаторівневих структур в процесі обробки потоку багатосенсорної інформації залишається відкритим, а також роль довільного (ініційованого самим людиною) і мимовільного (використаного зовнішніми подіями) уваги в цьому процесі. ЕЕГ є одним з найбільш інформативних методів вивчення цього процесу в динаміці.



(Знайди собаку)

ІлюзіяІлля Захаров, аспірант кафедри психофізіології Московського державного університету імені Ломоносова, співзасновник проекту нейрофункції, психофізіолог:
Психофізіологія намагається зв'язати ідеальний (психологія і «сул» якщо є один) і матеріал (що можна вивчити природні наукові методи). Працює з різним успіхом, але цікаво.

р.

Є такі речі, як ілюзії. Що відбувається в мозку, коли ми бачимо їх? Чи є універсальний візерунок мозкової активності, який є тим же для всіх людей, які характерні тільки для тих моментів, коли ми бачимо візуальну ілюзію? Що ми подивимося на кохану людину і раптом у нас є цей візерунок?



За допомогою запису різних візерунків на ЕЕГ можна об'єктивно зареєструватися у людини, сприйняття нового типу ілюзії (наприклад, нова версія ілюзії предметної схеми). Для цього використовується метод впливу подій: ізоляція компонента від загального сигналу EEG, що з'являється при ілюзію.

39633234

Чорний графік - це просто стимул, червоний графік - ілюзія, пунктирний графік - це момент презентації стимулу.
На праву відповідь мозку на класичний тип ілюзії проти стимуляції, де мозок не повинен будувати щось.
На лівому – відповідь на презентацію нового типу, знову, порівняно з тим, що не потрібно закінчити.

Ми бачимо, що в одному місці (компонент N170) більша амплітуда сигналу у відповідь на ілюзію. Ця відповідь є об'єктивним виміром сприйняття ілюзії. Якщо ми бачимо як прямі, так і хвилясті ілюзійні контури на однаковому психофізіологічному рівні, швидше за все, що в обох випадках ми використовуємо однакові механізми формування образу.

Програмування та обробка багатовимірних сигналівКостя Славнов, програміст
до Що таке мотивація математика для роботи над проектом нейронаука?
- Проценти. Я завжди дивився, як працює мозок людини. До цього часу я вже знав про можливості аналізу даних в мозку. Всі вони базуються на обробці багатовимірних сигналів. І я мав саме те, що тема навчального процесу.
Я читаю статтю про Ілля і вирішив написати йому про себе: що я математик-програміст, ця тема цікава. І хлопці просто не мали чоловіка з моїми навичками. І я швидко займався роботою.

синтезіяМарія Степаненко, студент кафедри психофізіології Московського державного університету ім. Ломоносова, психофізіолог, науковий співробітник синестезії

«Синестезія, грубо кажучи, підключення різних модалей. Проявляється у вигляді відчуттів в одному модаліті під час презентації стимулів в іншому.



Чи можна швидко знайти колірний трикутник?

В цілому, синестезію є несамітним, але і дуже мало вивчене явище. Є неймовірна кількість різних типів синестетів: деякі синтети «дивляться» кольори певних літер/days of the week/months, деякі з них «feel» пахнуть, коли кажуть певні слова, хтось «feels» текстура голосу/смеллу, «feels» смак імен, «сір» руху і так далі. Більш того, більшість симптомів показують з'єднання не двох, але багато модалей, і таким чином проявляються різні типи синестезії.

Є багато гіпотез, як виникають синетичні відчуття. Моє дослідження просить на якому рівні цей процес відбувається: чи є тільки перцептуальні відчуття, які обробляються на нижніх рівнях, або чи є високий рівень, когнітивний процес.
Підкреслення поміщається на аудіовізуальну синестезію, а саме на зв'язку тонів і тембрелоків з різними кольорами. В якості суб'єктів є як синтети, так і люди, які не мають шкідливих відчуттів. Під час експерименту записується ЕЕГ, а згодом записується аналіз даних, порівнявши PSS, записаних в synesthetes і несинтетики.

Якщо ви зацікавлені в цій темі, або раптом ви знайомі синтети, або, раптом, ви самі виявили наявність відповідного типу аудіовізуальної синестези для цього дослідження - сміливо зв'язатися з мною, я буду раді бачити вас серед моїх суб'єктів!

ТВОДА Розмова від нейронаукового




Синестезія тесту "колір чисел" (Вліво - шлях звичайна людина бачить картину; вправо - бачення синтету: трикутник двох відразу виділяється в різному кольорі, в результаті чого синтети може легко і досить швидко вказувати на всі дві на малюнку)

Обробка данихАндрій Учаєв, студент кафедри психофізіології Московського державного університету ім. Ломоносова, психофізіолог:
Моє положення про отримання експериментальних даних було добре відображено в словах героя однієї гри: «... ми просто кидаємо науку проти стіни і подивимося, які палички...» Це говорить про те, що в моєму дослідженні я намагаюся отримати якомога більше даних від електрофізіологічного сигналу.



Що я фокусую на даний момент це: працює різні методи обробки сигналів незалежно від завдання під рукою. Допомога програмістів величезна. В одній програмі є різні проблеми: це буває, що не всі методи обробки представлені в одній програмі, або немає доступу до всіх функцій - ви повинні скручувати, і це не завжди можливо.

Р

І є ще одна важлива проблема – економія часу. Досить часто необхідно обробити дані десять осіб за допомогою 10-15 різних трансформацій. Не боляче писати скрипти, які автоматизують завдання. Я натискав кнопку і пішов додому, і вранці все було оброблено. ?

Нейроуки потребують програмістів. Російські колеги говорять так, і іноземні нейронауковці навіть перетворюються на хакерів. Тому що дуже скоро Бог заборонений, нам потрібно не тільки інструменти для конфіденційності з технічного перехоплення, але й думки.


Як Асимов написав, що «дві міфи залишаються для людства – глибина простору і таємницю головного мозку», він радий, що Хабр дуже гостинний просторовий розвідник, сподіваюся, що те ж саме буде з вивченням мозку.

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