После того как вы изучите навык, как завязать кроссовки, вы можете выполнять его постоянно на протяжении многих лет. Это говорит о нейронной активности в мозге, связанных с навыком остается стабильным с течением времени.
До сих пор, хотя, к сожалению, не удалось найти этот стабильный нейронных сигналов, потому что электроды необходимо контролировать активность мозга видеть постоянно меняющуюся совокупность нейронов.
Новые находки северо-западной медицины обеспечивают быстрый способ компенсировать это изменение регистрируемых нейронов. Скрыт в характере деятельности, ученые обнаружили небольшой набор нейронных «разговоры» базовой активности отдельных нейронов, что описал движения в удивительно стабильно на протяжении многих месяцев или лет.
Ученые из Northwestern удалось записать, расшифровать и реконструировать сохранившиеся картины деятельности для общих навыков движения от этих постоянно меняющихся нейронов в моторных и сенсорных областях коры головного мозга.
Полученные результаты имеют непосредственное значение для neuroprostheses, устройств, которые обходят неврологические травмы путем определения предполагаемого двигательных действий из мозга пациента, затем с помощью этой расшифрованной информации, чтобы обеспечить самостоятельный контроль пациентом компьютерным курсором, конечности робота или даже самостоятельно реанимировать конечности.
«Это исследование является важным, поскольку он является первым, чтобы извлечь или ‘расшифровать’ устойчивый паттерн информации из многих нейронов различных областей головного мозга, которые работают вместе, чтобы создать движение,» сказал ведущий Автор Ли Миллер, профессор физиологии в Северо-Западном университете Фейнберг Школы медицины. «Предыдущие исследования фокусировались на отдельных нейронов, активность которых не может быть зафиксирован более чем на несколько часов, и сообщает несколько противоречивые выводы.»
Задача ученых решена, это немного похоже на коктейльную вечеринку, где многие люди разговаривают друг с другом о политике, религии и погоды. Комбинированный голоса не уследишь, и слушать только одного человека работает, пока они не уходили. Однако путем наблюдения за несколькими людьми и извлечения информации, относящейся к этим трем разным темам, можно было бы уйти с вечера с очень хороший репортаж о текущих событиях.
Такой случай в коре головного мозга: можно попробовать несколько сотен нейронов из многих миллионов, чтобы найти доминирующая нервная «беседы». Совместив одновременной записи от многих нейронов, из него можно извлечь устойчивые паттерны активности распределяется на все население, потенциально позволяя для последовательного контроля нейропротезы в течение длительного периода времени.
Исследование было опубликовано января. 6 в природе нейронауки.
Хотя были доклинических проявлений neuroprostheses, которые стремятся решить несколько команд движения, все они имеют те же ограничения, сказал Миллер. Отдельные нейроны вождения neuroprostheses измениться в течение дней. Эта нестабильность в сигналы записываются делает его трудно интерпретировать команды движения, и требует от пациента и нейропротезы, чтобы заново научиться двигаться почти каждый день.
Другие группы разработали методы, чтобы ускорить этот процесс, но на северо-западе результаты свидетельствуют о том, что он может не понадобиться, если один фокусируется на нервные переговоры, а не на отдельные нейроны.
«Наше исследование поддерживает последние модели того, как работает мозг: с помощью распределенной модели активности различных нейронов для формирования поведения, а не тщательно регулируя активность каждого отдельного нейрона,» сказал первый автор Хуан Гальего, бывший постдок в лабораторию Миллера, который сейчас профессор в Имперском колледже Лондона.
Конечная цель Мельника в том, чтобы иметь нейропротез, который переводит сигналы мозга (активность десятки и сотни нейронов) в различных движениях в течение длительного периода времени. Текущая neuroprostheses единственная функция особенно хорошо для задач, на которых они были обучены.
«Точно предсказать, как субъект хочет активировать их многих отдельные мышцы, это будущее нейропротезы должны, в принципе, позволяют пользователю выполнить какое-либо движение она хочет», — сказал Миллер.
Но проблемы остаются для достижения этой цели. В настоящее время ученые могут построить математическую модель, которая предсказывает мышечной активности в данной задаче (и команда Миллер сделал это для нескольких задач), или даже в несколько разных задач.
«Тем не менее, эти математические модели не тогда, когда вы испытываете их на очень разных задач», — сказал Миллер. «Другими словами, с нынешних методов ‘долбят модель ногтей не может хорошо работать, когда предмет ‘нанесением помады.'»
Лаборатория команды Миллер работает над тем, чтобы преодолеть этот вызов. В доклинических исследованиях, они выполняют беспроводной записи сигналов головного мозга, мышечной активности и данные движения. Они изучают методы искусственного интеллекта, чтобы построить модель, которая работает на гораздо более широкий спектр движений, чем это было возможно ранее.
«В случае успеха, это исследование открывает новые захватывающие возможности для привлечения neuroprostheses из лаборатории к домам пациентов», — сказал Миллер.
Соавторы на бумаге были Мэтт Перич в Школе медицины Икан на горе Синай и Raeed Чоудхури в Университете Питтсбурга.
Работа была частично поддержана грантами Ф31-NS092356 и NS053603 из Национального института неврологических расстройств и инсульта и грант Т32-HD07418 из Национального института детского здоровья и человеческого развития, Национальных институтов здоровья, Национального научного фонда.