Vairāku Caltech pētnieku komanda veikusi pētījumu, kurā izmantota metode, kas spēj lasīt primātu domas. Jaunais smadzeņu-datora interfeiss (angl. brain-machine interface, BMI), kas ir minimāli invazīvs, var nolasīt smadzeņu nodomus, izmantojot ultraskaņas tehnoloģiju.
Neirologiem, kas strādā ar BMI, pateicoties šim jaunajam pētījumam, beidzot izdevies panākt, ka smadzeņu darbība tiek sasaistīta ar attiecīgajām kustībām. Parasti šīs ierīces nolasa un interpretē smadzeņu darbību un saista to ar datoru. Turklāt šīm ierīcēm parasti nepieciešama invazīva smadzeņu operācija, kurā daudzi pacienti nevēlas piedalīties.
Šī jaunā tehnoloģija, kurā tiek izmantota funkcionālā ultraskaņas (fUS) tehnoloģija, precīzi uztver nervu darbību no tās avota dziļi smadzenēs ar 100 mikrometru izšķirtspēju.
“Pats aizraujošākais ir tas, ka fUS ir jauna tehnika ar lielu potenciālu – tas ir tikai mūsu pirmais solis, nodrošinot augstas veiktspējas un mazāk invazīvu BMI arvien vairāk cilvēkiem,” sacīja pētījuma līdzautors Sumners Normans.
Ultraskaņas tehnoloģija izstaro augstas frekvences skaņas impulsus un mēra, kā šīs skaņas vibrācijas reaģē ar materiālu, piemēram, cilvēka audiem. Šāda veida attēlveidošana jau tiek plaši izmantota, piemēram, augļa fotografēšanai dzemdē. Komanda saprata, ka šī video tehnika var arī palīdzēt prognozēt kustību un uzvedību.
Pētījuma dalībnieks Mihails Šapiro skaidro: “Šī metode radīja visaptverošu priekšstatu par neironu signālu dinamiku mūsu mērķa reģionā, kuru nevarēja redzēt, izmantojot citas invazīvās metodes, piemēram, fMRI (angl. Functional magnetic resonance imaging).
Komanda pārbaudīja savu metodi ar primātiem, kas nav cilvēkveidīgie primāti, iemācot tiem veikt vienkāršus uzdevumus, piemēram, pēc komandas saņemšanas pārvietot acis un rokas noteiktā virzienā. Uzdevumu veikšanas laikā primāti tika novēroti, izmantojot fUS tehnoloģiju, mērot aktivitāti smadzeņu daļā, kas atbild par kustību plānošanu.
Komanda vēlējās uzzināt, vai fUS attēlveidošanu var izmantot arī primātu nodomu noskaidrošanai, pirms tie veic savus uzdevumus. Pēc tam sistēma tika apmācīta, izmantojot mašīnmācīšanās algoritmu un reāllaika ultraskaņas datus, un dažu sekunžu laikā algoritms spēja paredzēt, kādu citu kustību veiks pētījumā izmantotie primāti.
Kā atzīmēja pētījumā iesaistītais Ričards Andersens: “Pašreizējos smadzeņu-datora interfeisos tiek izmantoti elektrodu bloki, kuriem nepieciešama operācija, kas ietver cietā smadzeņu apvalka atvēršanu un elektrodu implantēšanu tieši smadzenēs. Bet ultraskaņas signāli var izkļūt cauri cietajam smadzeņu apvalkam un smadzenēm ne-invazīvā veidā. Galvaskausā jāievieto tikai mazs, ultraskaņas-caurspīdīgs logs; šī operācija ir ievērojami mazāk invazīva nekā nepieciešamība implantēt elektrodus.”
Šī jaunā metode paver daudz iespēju neirozinātniekiem, kas strādā, lai attīstītu BMI, un tā ievērojami samazina invazīvo ķirurģiju. Nākamie soļi ietver testēšanu ar cilvēkiem, lai noskaidrotu, vai šī metode ir piemērota cilvēka smadzeņu lasīšanai.
Pētījums tika publicēts žurnālā Neuron.