Señales cerebrales decodificadas para determinar lo que ve una persona
Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público
Algunas personas están atrapadas dentro de sus propias mentes, son capaces de pensar y sentir pero no pueden expresarse porque una lesión o enfermedad cerebral ha dañado sus líneas de comunicación con el mundo exterior.
Como un paso para ayudar a las personas en tales situaciones a comunicarse, los científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis han demostrado que pueden usar la luz para detectar lo que sucede dentro de la cabeza de alguien. Los investigadores usan luz LED emitida desde el exterior de la cabeza hacia adentro para detectar actividad en el área del cerebro responsable del procesamiento visual y luego decodificar las señales cerebrales para determinar lo que ve la persona. Lograr esta hazaña requirió el desarrollo de herramientas de neuroimagen y técnicas de análisis que acerquen el campo un paso más a la solución del problema mucho más complejo de la decodificación del lenguaje.
El estudio, disponible en línea en la revista NeuroImage, demuestra que una alta La tomografía óptica difusa de densidad (HD-DOT), una tecnología de imágenes cerebrales no invasiva, portátil y basada en la luz, es lo suficientemente sensible y precisa como para ser potencialmente útil en aplicaciones como la comunicación aumentada que no se adaptan bien a otros métodos de imágenes.
«La resonancia magnética podría usarse para decodificar, pero requiere un escáner, y no puede esperar que alguien se acueste en un escáner cada vez que quiera comunicarse», dijo el autor principal Joseph P. Culver, profesor de Sherwood Moore de Radiología en el Instituto Mallinckrodt de Radiología de la Universidad de Washington. «Con este método óptico, los usuarios podrían sentarse en una silla, ponerse una gorra y potencialmente usar esta tecnología para comunicarse con las personas. Todavía no hemos llegado, pero estamos progresando. Lo que hemos demostrado en este trabajo es que, usando tomografía óptica, podemos decodificar algunas señales cerebrales con una precisión superior al 90%, lo cual es muy prometedor».
Cuando la actividad neuronal aumenta en cualquier región del cerebro, la sangre oxigenada se apresura a impulsar la actividad. HD-DOT usa luz para detectar el torrente de sangre. Los participantes usan una gorra equipada con docenas de fibras que transmiten la luz desde diminutos LED hasta la cabeza. Después de que la luz se transmite a través de la cabeza, los detectores capturan los cambios dinámicos en los colores del tejido cerebral como resultado de los cambios en el flujo sanguíneo.
Culver, el primer autor y estudiante de posgrado Kalyan Tripathy, y sus colegas se propusieron para evaluar el potencial de HD-DOT para decodificar señales cerebrales. Comenzaron con el sistema visual porque es una de las funciones cerebrales mejor entendidas. Hace mucho tiempo, los neurocientíficos elaboraron un mapa detallado de la parte visual del cerebro mostrando a los participantes patrones de tablero de ajedrez intermitentes en una pantalla e identificando las unidades tridimensionales, conocidas como vóxeles, en el cerebro que se activaron en respuesta a cada patrón. La decodificación es el intento de revertir el proceso: detectar vóxeles activos y luego deducir qué patrón de tablero de ajedrez desencadenó ese patrón de actividad cerebral.
Las áreas en la parte posterior del cerebro se activan cuando una persona mira una imagen. Investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis han usado luz para decodificar señales cerebrales e identificar qué imagen ve una persona. Crédito: Edward Del Rosario
«Sabemos lo que ve el participante, por lo que podemos verificar qué tan bien nuestra decodificación coincide con la realidad», dijo Culver, también profesor de física en Artes y Ciencias y de ingeniería eléctrica y de sistemas y ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería McKelvey. «Al ir a algo que estaba bien validado, pudimos optimizar el diseño experimental, impulsar más las estadísticas de decodificación y obtener un rendimiento que es realmente muy alto».
Los investigadores comenzaron de manera simple. Reclutaron a cinco participantes para varias carreras de cinco a diez minutos en las que se les mostraba un patrón de tablero de ajedrez en el lado izquierdo o derecho del campo visual durante unos segundos a la vez, intercalados con descansos durante los cuales no se mostraba ninguna imagen. que se muestra.
Usando una ejecución como plantilla, los investigadores analizaron los datos de otra ejecución para determinar cuándo estaba el tablero de ajedrez en qué lado de la pantalla. Repitieron este análisis utilizando diferentes ejecuciones como plantilla y prueba hasta que analizaron todos los emparejamientos posibles.
Los investigadores pudieron identificar la posición correcta del tablero de ajedrez a la izquierda, a la derecha o no visible en absoluto con un 75 % de acierto. 98% de precisión. Si bien la decodificación fue más exitosa cuando se usó la misma persona para la ejecución de la plantilla y la ejecución de la prueba, los patrones de una persona podrían usarse para decodificar la actividad cerebral de otra persona.
Luego, los investigadores hicieron la problema más complejo. Les mostraron a los participantes una cuña de tablero de ajedrez que giraba a 10 grados por segundo. Tres participantes se sentaron para seis carreras de siete minutos en dos días separados. Usando la misma plantilla y la misma estrategia de ejecución de prueba, los investigadores pudieron identificar la posición de la cuña dentro de los 26 grados.
Los resultados son un primer paso hacia el objetivo final de facilitar la comunicación para las personas que luchan por expresarse. a sí mismos debido a parálisis cerebral, accidente cerebrovascular u otras afecciones que resultan en el síndrome de enclaustramiento, dijeron los investigadores.
«Suena como un gran salto, desde tableros de ajedrez hasta descubrir qué palabras verbaliza alguien internamente para sí mismo». «, dijo Culver. «Pero muchos de los principios son los mismos. El objetivo es ayudar a las personas a comunicarse, y lo que hemos aprendido al decodificar estos estímulos visuales es un paso sólido hacia ese objetivo».
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Los investigadores aíslan y decodifican patrones de señales cerebrales para comportamientos específicos Más información: Kalyan Tripathy et al. Decodificación de información visual a partir de datos de neuroimagen de tomografía óptica difusa de alta densidad, NeuroImage (2020). DOI: 10.1016/j.neuroimage.2020.117516 Información de la revista: NeuroImage
Proporcionado por la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis Cita: Señales cerebrales decodificadas para determinar qué a personsees (2021, 1 de febrero) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-brain-decoded-personsees.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.