Έλενα Πίτσικ— Κατώτερη Ερευνήτρια στο Εργαστήριο Νευροεπιστήμης και Γνωστικών Τεχνολογιών του Πανεπιστημίου
Η σύνδεση μεταξύ υπολογιστή και εγκεφάλου
Η διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή είναι ένα σύστημα που επιτρέπει την αλληλεπίδραση μεταξύ του εγκεφάλου και ενός υπολογιστή.Ανοίγει ένα κανάλι επικοινωνίας μεταξύ του εγκεφάλου καιυπολογιστή και τους επιτρέπει να ανταλλάσσουν πληροφορίες μεταξύ τους. Το απλούστερο παράδειγμα είναι η δημιουργία εντολών για μια εξωτερική συσκευή που χρησιμοποιεί εγκεφαλική δραστηριότητα. Μια εξωτερική συσκευή μπορεί να είναι ένας υπολογιστής, μια εφαρμογή, ένα ρομπότ, ένα drone, μια πρόθεση, ένας εξωσκελετός ή οτιδήποτε άλλο. Το εύρος τέτοιων διεπαφών είναι πολύ ευρύ.
Το πιο σημαντικό μέρος της διεπαφής είναι η τεχνολογία καταγραφής βιολογικών σημάτων από τον εγκέφαλο.Υπάρχουν πολλές τεχνολογίες που μπορούν να γίνουνεφαρμόζονται σε διεπαφές. Τα σήματα ηλεκτρικής δραστηριότητας καταγράφονται χρησιμοποιώντας έναν ενισχυτή - έναν ηλεκτροεγκεφαλογράφο. Μεταδίδονται στον διακομιστή, ο οποίος επεξεργάζεται αυτά τα σήματα. Υπάρχουν πολύ μικρές, συμπαγείς διεπαφές που χρησιμοποιούν ασύρματη τεχνολογία. Υπάρχει κυριολεκτικά ένα μικρό τσιπ. Αλλά αν σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε τη διεπαφή σε κλινικό περιβάλλον (για αποκατάσταση μετά από εγκεφαλικό, για παράδειγμα), τότε πιθανότατα θέλετε να έχετε πολλά κανάλια και μεγάλα δεδομένα. Η επεξεργασία μεγάλων δεδομένων απαιτεί πολλούς υπολογιστικούς πόρους, επομένως, τις περισσότερες φορές χρησιμοποιείται ξεχωριστός υπολογιστής με ειδικό λογισμικό. Και αφού αυτό το λογισμικό επεξεργαστεί το σήμα του εγκεφάλου, μεταφράζεται σε εντολές για μια εξωτερική συσκευή, παρέχοντας ανατροφοδότηση. Αντί για μια κλασική οθόνη, μπορεί να υπάρχει οτιδήποτε: από μια εφαρμογή για την παρακολούθηση της διάθεσής σας μέχρι ένα σύστημα ελέγχου ρομπότ.
Οι διεπαφές μεταξύ εγκεφάλου και υπολογιστή μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κύριους τύπους.Πρώτον, αυτή είναι μια ενεργή νευρωνική διεπαφή, η οποίαυπονοεί ότι ο χρήστης ελέγχει άμεσα και συνειδητά μια εξωτερική συσκευή ή εφαρμογή. Η νευροδιεπαφή είναι η εγκεφαλική δραστηριότητα που δημιουργεί, διαβάζει, επεξεργάζεται και μετατρέπει ο χρήστης σε εντολές. Ο δεύτερος τύπος είναι μια αντιδραστική νευρική διεπαφή. Σε αυτό, η εγκεφαλική δραστηριότητα δεν παράγεται από τον εγκέφαλο συνειδητά, αλλά διεγείρεται από εξωτερικές επιρροές - φως, ήχος, απτικές αισθήσεις, εντολές. Για παράδειγμα, εικόνες ή ηχητική διέγερση που πυροδοτούν μια συγκεκριμένη απόκριση στο μυαλό μας. Και δεν μπορούμε συνειδητά να δημιουργήσουμε αυτήν την απάντηση, χωρίς εξωτερικό ερέθισμα, επομένως χρειαζόμαστε κάποιου είδους ανατροφοδότηση. Μια διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή αναζητά αυτή την απόκριση σε ένα εξωτερικό ερέθισμα στον εγκέφαλό μας και τη χρησιμοποιεί για να δημιουργήσει εντολές και να ελέγξει μια εξωτερική συσκευή ή για την ανάδραση προφίλ. Ο τρίτος τύπος νευρωνικής διεπαφής είναι μια παθητική νευρική διεπαφή. Το πιο περίπλοκο και ακατανόητο, γιατί δεν περιλαμβάνει τη δημιουργία εντολών για μια εξωτερική συσκευή και κανένα έλεγχο. Αυτή η διεπαφή κάθεται παθητικά πάνω σας και παρακολουθεί την κατάστασή σας κατά τις καθημερινές σας δραστηριότητες. Δηλαδή διαβάζεις, δουλεύεις, οδηγείς αυτοκίνητο και σε παρακολουθεί η νευρωνική διεπαφή. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση του επιπέδου της προσοχής, της εστίασης, της κούρασης, του γνωστικού φόρτου σας και επίσης για να σας δώσει κάποια σχόλια σχετικά με την κατάστασή σας.
Νευροαποκατάσταση και άλλες χρήσεις διεπαφών
Η νευροδιεπαφή έχει υψηλή κοινωνική σημασία για την ανάπτυξη διαφόρων συστημάτων αποκατάστασης και τη βελτίωση της ποιότητας ζωής των ατόμων με πρόσθετες ανάγκες.Όπως άτομα με σύνδρομο κλειδώματος -Έχασαν κάθε δυνατότητα επαφής με τον έξω κόσμο, αλλά ταυτόχρονα διατήρησαν τη συνείδησή τους. Πρόκειται για άτομα εντελώς παράλυτα που δεν μπορούν να μιλήσουν, να κινηθούν ή ακόμα και να κινήσουν τα μάτια τους. Έτσι, δεν έχουν άλλες επιλογές επικοινωνίας εκτός από τη χρήση νευρωνικών διεπαφών για να διαβάσουν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου τους και να τη μεταφράσουν σε συγκεκριμένες εντολές. Αυτές οι εντολές μπορεί να είναι δημιουργία ομιλίας, έλεγχος διαφόρων εφαρμογών για τη διατήρηση της καθημερινής λειτουργικότητας, καθώς και παροχή βασικής επικοινωνίας με άλλα άτομα. Μια λιγότερο σοβαρή κατάσταση είναι η μερική παράλυση. Για παράδειγμα, άτομα σε αναπηρικό καροτσάκι που δεν μπορούν να περπατήσουν, ή διάφορες πάρεση μετά από εγκεφαλικό ή ως αποτέλεσμα τραυματισμού. Στην περίπτωση της παράλυσης, εάν είναι ανίατη, τότε η ποιότητα ζωής ενός τέτοιου ατόμου μπορεί να βελτιωθεί παρέχοντάς του κάποιο είδος εξωσκελετού ή όρθωσης που μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας μια νευρική διεπαφή. Αυτός είναι ένας από τους πιο δημοφιλείς τομείς στην ανάπτυξη νευρωνικών διεπαφών.
Η πιο δημοφιλής εφαρμογή νευρωνικών διεπαφών στην ιατρική είναι η νευροαποκατάσταση.Αυτή είναι μια ευκαιρία να επιταχυνθεί η διαδικασία αποκατάστασηςένα άτομο μετά από τραυματισμό ή εγκεφαλικό που χρησιμοποιεί εκπαίδευση με διεπαφή «εγκεφάλου-υπολογιστή», η οποία περιλαμβάνει υποστήριξη κινητικής δραστηριότητας, δηλαδή μια σειρά φανταστικών κινήσεων. Υπάρχουν πολλές μελέτες που έχουν δείξει ότι τέτοιες διεπαφές επιταχύνουν και βελτιώνουν πραγματικά σημαντικά τη διαδικασία αποκατάστασης των ανθρώπων, αποκαθιστώντας τις χαμένες κινητικές τους λειτουργίες.
Πρόσφατα, οι διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή έχουν διαρρεύσει στην κυρίαρχη αγορά και έχουν αποκτήσει ένα ευρύτερο κοινό.Σήμερα η νευρωνική διεπαφή μπορεί να αγοραστεί στο eBayλίγα χρήματα, θα κοστίσει ακόμα λιγότερο από ένα smartphone. Πρώτα απ 'όλα, χρησιμοποιούνται για ψυχαγωγία - στη βιομηχανία τυχερών παιχνιδιών. Επίσης πολύ συχνά, οι νευρικές διεπαφές χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση διαφόρων καταστάσεων - φάσεις διάθεσης ή ύπνου. Οι νευρικές διεπαφές για διαλογισμό βοηθούν ένα άτομο να χαλαρώσει και να το καθοδηγήσει σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρακολούθησης της εγκεφαλικής του δραστηριότητας. Παρόμοιες συσκευές χρησιμοποιούνται επίσης για την ανάπτυξη διαφόρων συστημάτων για την εκπαίδευση των γνωστικών δεξιοτήτων - προσοχή, συγκέντρωση ή γνωστικό φορτίο. Αυτός είναι ένας σημαντικός τομέας επειδή μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, στην ανάπτυξη συστημάτων γνωστικού φορτίου για πιλότους αεροπλάνων και οδηγούς φορτηγών.
Τι είναι ο εγκέφαλος και πώς μπορείτε να μετρήσετε τη δραστηριότητά του
Εσύ και εγώ είμαστε ο εγκέφαλός μας.Ο εγκέφαλος αποτελείται από κύτταρα που ονομάζονταινευρώνες. Και κάθε νευρώνας αποτελείται από έναν πυρήνα, ένα σώμα και διάφορες διαδικασίες που εξασφαλίζουν την επικοινωνία του με άλλους νευρώνες - αυτοί είναι οι δενδρίτες, οι άξονες και ένα τερματικό (συνέχεια του άξονα για επικοινωνία με άλλους νευρώνες - "High-Tech"). Ένας νευρώνας είναι μια αρκετά απλή δομή, αλλά υπάρχουν δισεκατομμύρια νευρώνες στο κεφάλι. Έτσι, μαζί δημιουργούν ένα τεράστιο δίκτυο που μπορεί να επεξεργάζεται πολύπλοκα σύνολα δεδομένων και να παρέχει για εμάς ως άτομα.
Ο εγκέφαλος είναι ένας υπερυπολογιστής, δηλαδή ένα σύστημα που είναι ικανό να επεξεργάζεται τεράστιες ποσότητες πληροφοριών.Οι νευρώνες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους κυρίωςδύο τρόπους - ηλεκτρική ενέργεια και χημικοί δεσμοί. Ένα ηλεκτρικό σήμα παράγεται από έναν νευρώνα και μεταδίδεται μέσω ενός άξονα στις συνάψεις (συνδέσεις μεταξύ νευρώνων - «High-Tech») ενός άλλου νευρώνα. Όταν ένα ηλεκτρικό σήμα φτάνει στην έξοδο ενός νευρώνα, μετατρέπεται σε κάποια χημικά μηνύματα που ονομάζονται νευροδιαβιβαστές. Και μεταδίδονται από την έξοδο ενός νευρώνα στην είσοδο ενός άλλου, ο οποίος με τη σειρά του τα λαμβάνει, τα επεξεργάζεται, τα μετατρέπει σε ηλεκτρικό σήμα και τα μεταδίδει περαιτέρω κατά μήκος αυτής της αλυσίδας. Ένας νευρώνας μπορεί είτε να λάβει και να περάσει ένα ηλεκτρικό σήμα μέσω του εαυτού του, είτε να το σβήσει, να μην το λάβει και να διακόψει την αλυσίδα. Οποιαδήποτε από τις δραστηριότητές μας σχηματίζει ένα δίκτυο νευρώνων που αναβοσβήνουν συνεχώς, σχηματίζοντας ένα συγκεκριμένο μοτίβο που μας επιτρέπει να επεξεργαζόμαστε πολλούς ενεργούς τύπους ανθρώπινης δραστηριότητας.
Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για τη μέτρηση της ηλεκτρικής δραστηριότητας του εγκεφάλου.Πρώτον, αυτή είναι η μαγνητική εγκεφαλογραφία,που περιλαμβάνει τη μέτρηση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων που προκύπτουν ως αποτέλεσμα της ηλεκτρικής δραστηριότητας στον εγκέφαλο. Μια μηχανή MEG είναι μια μεγάλη συσκευή στην οποία ένα άτομο κάθεται ακίνητο επειδή τα ηλεκτρόδια που διαβάζουν το μαγνητικό πεδίο δεν τοποθετούνται στο κεφάλι, αλλά βρίσκονται σε κάποια απόσταση από αυτό. Το MEG είναι πολύ ευαίσθητο σε διάφορες εξωτερικές παρεμβολές - συμπεριλαμβανομένου του μαγνητικού πεδίου της γης και άλλων μαγνητικών πεδίων με τα οποία ολόκληρη η πραγματικότητά μας είναι κυριολεκτικά γεμάτη. Επομένως, για να λειτουργεί καλά το MEG, πρέπει να τοποθετηθεί σε θωρακισμένο δωμάτιο. Μια άλλη μέθοδος είναι η φασματοσκοπία κοντά στο υπέρυθρο. Αυτή είναι μια τεχνολογία νευροαπεικόνισης που μας επιτρέπει να οπτικοποιούμε τις διεργασίες που συμβαίνουν στον εγκέφαλο. Χρησιμοποιεί υπέρυθρο φως για να μετρήσει τη συγκέντρωση οξυ- και δεοξυαιμοσφαιρίνης. Η συσκευή αποτελείται από ένα καπάκι στο οποίο είναι προσαρτημένοι κύλινδροι, σφιχτά δίπλα στην επιφάνεια του τριχωτού της κεφαλής και χωρίζεται σε δύο τύπους - πηγή και ανιχνευτή. Η πηγή εκπέμπει μια δέσμη φωτός στην υπέρυθρη περιοχή. Αυτό το φως περνά από το δέρμα, το κρανίο και το ανώτερο στρώμα του φλοιού, δηλαδή τον εγκέφαλο. Περνά, επιστρέφει πίσω στην επιφάνεια του τριχωτού της κεφαλής και πιάνεται από τον ανιχνευτή. Επιπλέον, ό,τι μπορεί να δει φέρει πολύ σημαντικές πληροφορίες για το επίπεδο του οξυγόνου στο αίμα. Όταν εκτελούμε μια ενέργεια, όπως το χτύπημα, το αίμα μας στη ζώνη του κινητήρα είναι κορεσμένο με οξυγόνο. Μπορούμε να το μετρήσουμε και να το ορίσουμε ως μοτίβο. Η επόμενη τεχνολογία είναι η ηλεκτροεγκεφαλογραφία, η πιο αποτελεσματική από αυτές. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια νευρωνική διεπαφή επειδή είναι σχετικά φθηνή και αρκετά απλή. Έβαλα ένα καπάκι, στριφογύρισα τα ηλεκτρόδια, τα λίπανσα με πάστα - και λειτούργησαν. Μια εγκατάσταση ΗΕΓ - ένας ηλεκτροεγκεφαλογράφος - είναι επίσης ένα καπέλο που τοποθετείται στο κεφάλι ενός ατόμου. Χρειάζεται να πιέσετε τα ηλεκτρόδια πιο σφιχτά στο κεφάλι του ατόμου και να τα τοποθετήσετε σωστά.
Γιατί πρέπει οι νευροεπαφές να είναι ενσωματωμένες στον εγκέφαλο;
Οι ηλεκτροεγκεφαλογράφοι είναι διαφορετικοί.Γράφουν σήματα με διαφορετικές αναλύσεις και έχουνδιαφορετικό αριθμό καναλιών. Τα ΗΕΓ διατίθενται επίσης σε δύο τύπους. Βασικά, υπάρχουν επεμβατικά και μη επεμβατικά ΗΕΓ. Ένα επεμβατικό ΗΕΓ περιλαμβάνει χειρουργική επέμβαση για το άνοιγμα του κρανίου σας και την τοποθέτηση ηλεκτροδίων απευθείας στην επιφάνεια του εγκεφάλου σας. Είναι σαφές ότι αυτή η τεχνολογία δεν χρησιμοποιείται στον άνθρωπο. Χρησιμοποιείται κυρίως στην επιστήμη των ζώων για τη μελέτη της δραστηριότητάς τους, η οποία μοιάζει πολύ με την ανθρώπινη δραστηριότητα. Το σήμα EEG, το οποίο διαβάζεται απευθείας από την επιφάνεια του φλοιού και μια πολύ μικρή ομάδα νευρώνων, έχει καλύτερη απόδοση από τη μη επεμβατική τεχνολογία. Επειδή είναι απαλλαγμένο από διάφορα τεχνουργήματα που είναι χαρακτηριστικά του ΗΕΓ.
Υπάρχουν τομείς στους οποίους οι επεμβατικές διεπαφές είναι πολύ σημαντικές και μάλιστα η μόνη τεχνολογία που μπορεί να ανακουφίσει την κατάσταση ενός ατόμου.Για παράδειγμα, αυτή είναι η επιληψία.Το εργαστήριό μας μελετά έναν τύπο επιληψίας που ονομάζεται επιληψία απουσίας. Πρόκειται για επιληψία που δεν σχετίζεται με επιληπτικές κρίσεις. Ένα άτομο δεν βιώνει σπασμούς κατά τη διάρκεια μιας επίθεσης, απλώς αποσυνδέεται από τον κόσμο για λίγο. Και δεν το ξέρει, ότι έχει αποσυνδεθεί. Αυτή η κατάσταση είναι επίσης πολύ επικίνδυνη, παρά το γεγονός ότι δεν υπάρχουν εξωτερικές εκδηλώσεις εκτός από το γεγονός ότι το άτομο έχει αποσυνδεθεί από την πραγματικότητα. Γιατί μπορεί, για παράδειγμα, να μην ξέρει ότι έχει επιληψία απουσίας και να λιποθυμήσει ενώ οδηγεί. Επομένως, η αποτροπή όλων των επιθέσεων είναι επίσης πολύ σημαντική και η διεπαφή μπορεί να την αποτρέψει. Όταν ένα άτομο έχει μια επίθεση, πρώτον, συγχρονίζονται διαφορετικοί εγκεφαλικοί ρυθμοί - αυτό είναι πολύ εύκολο να το πιάσεις. Επιπλέον, μια επίθεση προηγείται από ένα συγκεκριμένο είδος δραστηριότητας - λίγο καιρό πριν την επίθεση μπορούμε να καθορίσουμε τι θα συμβεί στη συνέχεια. Όταν η νευρωνική διεπαφή το ανιχνεύσει αυτό, μπορεί να στείλει παρορμήσεις στον εγκέφαλο που βοηθούν στην καταστολή αυτής της επίθεσης. Ταυτόχρονα, ένα άτομο που φοράει αυτή τη διεπαφή σε τακτική βάση δεν θα αισθάνεται τίποτα και δεν θα γνωρίζει ότι επρόκειτο να υποστεί επίθεση.
Η μάσκα Neuralink Ilona είναι διαφορετική από τις άλλεςδιεισδυτικές νευροεπιφάνειες στο ότι τα ηλεκτρόδια που γράφουν το ΗΕΓ βρίσκονται σε πολύ λεπτά νήματα (λεπτότερα από μια ανθρώπινη τρίχα) και πολλά ηλεκτρόδια βρίσκονται σε ένα νήμα.Είναι δυνατή η καταγραφή έως και 3 χιλιάδων ηλεκτροδίων.Αυτός είναι ένας τεράστιος όγκος δεδομένων. Δεδομένου ότι βρίσκονται στον φλοιό, είναι πολύ μικρά και γράφουν ένα σήμα από μια μικρή ομάδα νευρώνων. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να πιάσουμε πολύ λεπτή δραστηριότητα.
Η τεχνολογία του Μασκ λύνει εν μέρει το πρόβλημα που είναι συνηθισμένο όταν χρησιμοποιείται μη επεμβατική εξάπλωση πεδίου EEG (από τα αγγλικά "δύναμη ηλεκτρικού πεδίου" - "Hi -tech").Όταν γράφουμε ένα μη επεμβατικό ΗΕΓ, υπερθέτουμεηλεκτρόδιο στο κεφάλι, και καταγράφει από μια μεγάλη ομάδα νευρώνων. Δημιουργεί ένα γενικό ενεργειακό πεδίο. Τα ηλεκτρικά πεδία από διαφορετικούς νευρώνες επικαλύπτονται και παρεμβάλλονται μεταξύ τους. Έτσι, όταν γράφουμε ένα συγκεκριμένο είδος δραστηριότητας, έχουμε στην πραγματικότητα πολλές διαφορετικές δραστηριότητες, οι οποίες παρεμποδίζουν την επεξεργασία. Και ένα πολύ μεγάλο πρόβλημα με όλες τις επεμβατικές διεπαφές είναι ότι το σώμα μας δεν θέλει ξένα αντικείμενα να χωθούν μέσα του.
Ένα μη επεμβατικό ΗΕΓ είναι ένα ΗΕΓ που χρησιμοποιούμε σε συνεχή βάση.Ουσιαστικά, αυτά είναι ηλεκτρόδια τοποθετημέναεπιφάνεια του κεφαλιού με καπάκι. Κάθε ηλεκτρόδιο καταγράφει τη δραστηριότητα μιας συγκεκριμένης ομάδας νευρώνων. Η θέση των ηλεκτροδίων είναι πολύ σημαντική γιατί επηρεάζει πολύ το αποτέλεσμα της επεξεργασίας.
Το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα είναι ένα ηλεκτρικό σήμα.Η επεξεργασία αυτού του σήματος είναι καθήκον της ραδιοφυσικής.Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε συμβατικές τεχνικές ανάλυσης για να απομονώσουμε χαρακτηριστικά αυτού του σήματος. Καθήκον μας είναι να αναδείξουμε ορισμένα μοτίβα που αντιστοιχούν σε αυτή την κίνηση.
Οι κύριες δυσκολίες στη δημιουργία νευρωνικών διεπαφών
Γιατί είναι τόσο δύσκολο να δημιουργήσετε μια νευρωνική διεπαφή;Επειδή αυτά είναι πολύ δύσκολα καθήκοντα:επεξεργάζονται το ΗΕΓ και αναγνωρίζουν τα μοτίβα. Απαιτούν μια ολοκληρωμένη και προσεκτική προσέγγιση. Πρώτον, γιατί κάθε άνθρωπος είναι ατομικός, όπως ακριβώς και ο εγκέφαλός του. Ακόμη και τα ομόζυγα δίδυμα έχουν πολύ διαφορετικό εγκέφαλο, όπως τα δακτυλικά αποτυπώματα. Δεν μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα παγκόσμιο σύστημα που να λειτουργεί το ίδιο για όλους τους ανθρώπους. Πρέπει να ρυθμίζεται, να βαθμονομείται και να αλλάζει συνεχώς για όλους. Ο επόμενος λόγος είναι οι ιδιαιτερότητες της εργασίας. Κάθε άτομο μπορεί να εκτελέσει την ίδια εργασία διαφορετικά και να συγκεντρώσει διαφορετικές δραστηριότητες. Η τοποθέτηση των αισθητήρων είναι επίσης ανθρώπινος παράγοντας. Σε διαφορετικά πειράματα, οι αισθητήρες μπορεί να τοποθετούνται ελαφρώς διαφορετικά, αλλά αυτό είναι επίσης πολύ σημαντικό, γιατί θα γράψουν μια διαφορετική δραστηριότητα. Ένας άλλος λόγος είναι η μη ακίνητη δυναμική του εγκεφάλου σε όλες τις χρονικές κλίμακες. Αυτό σημαίνει ότι αλλάζει συνεχώς σε όλες τις χρονικές κλίμακες. Μπορούμε να πάρουμε ένα μεγάλο κομμάτι σήματος ΗΕΓ, να το χωρίσουμε σε δευτερόλεπτα και κάθε δευτερόλεπτο θα είναι διαφορετικό. Οι εγκέφαλοι αλλάζουν συνεχώς, εξελίσσονται και προσαρμόζονται στο εξωτερικό τους περιβάλλον. Ένα σημαντικό πρόβλημα είναι το υψηλό επίπεδο θορύβου στις εγγραφές και τα τεχνουργήματα ΗΕΓ. Επειδή τοποθετούμε ηλεκτρόδια στην επιφάνεια του τριχωτού της κεφαλής και από κάτω, μεταξύ του δέρματος και του κρανίου, υπάρχουν μυϊκές ίνες που λειτουργούν, κινούνται και δημιουργούν κάποιου είδους κινητικά τεχνουργήματα στο σήμα EEG. Επιπλέον, κινούμε συνεχώς τα μάτια μας, αναβοσβήνουμε και όλα αυτά δίνουν και καθοδήγηση στο ΗΕΓ, το οποίο είναι ορατό όχι μόνο στα κανάλια στο μέτωπο, αλλά και στο πίσω μέρος του κεφαλιού. Εξάλλου η καρδιά μας χτυπάει. Καρδιακά τεχνουργήματα υπάρχουν στο ΗΕΓ σχεδόν σε όλους τους ανθρώπους. Προκύπτουν από τον παλμό του αίματος στα αγγεία κάτω από το δέρμα.
Υπάρχουν δροσερές μέθοδοι που μας βοηθούν να απαλλαγούμε από όλα τα τεχνουργήματα.Μπορείτε να αφαιρέσετε τεχνουργήματα ή να τα φιλτράρετε.Υπάρχουν μέθοδοι που σας επιτρέπουν να αφαιρέσετε στοιχεία που αντιστοιχούν σε καρδιακούς παλμούς, οφθαλμοκινητικά τεχνουργήματα και να φιλτράρετε το σήμα EEG στο εύρος που χρειαζόμαστε. Στη συνέχεια, η ανάλυση χρόνου-συχνότητας χρησιμοποιείται ως μέθοδος ανάλυσης σήματος. Αξιολογούμε την ενέργεια κάθε ρυθμού και βλέπουμε ποιος περιέχει κάποια δυναμική που σχετίζεται με το εφέ που αναζητούμε. Η ανάλυση χρόνου-συχνότητας περιλαμβάνει κυματίδια, ανάλυση Fourier κ.λπ.
Το επόμενο βήμα είναι η δημιουργία λειτουργικών συνδέσεων μεταξύ διαφορετικών περιοχών του εγκεφάλου.Όταν κάνουμε κάτι (κινούμε τα χέρια μας,φανταστείτε τις κινήσεις των χεριών), οι περιοχές του εγκεφάλου μας αλληλεπιδρούν είτε συγχρονισμένα είτε ασύγχρονα. Επηρεάζουν ο ένας τον άλλον κατά τη διάρκεια αυτής της αλληλεπίδρασης. Με βάση αυτές τις επιρροές, είναι δυνατό να οικοδομήσουμε ένα δίκτυο λειτουργικών συνδέσεων που περιγράφει ποιες συνδέσεις ενισχύονται και ποιες αποδυναμώνονται, και με βάση αυτό, μπορούμε να βγάλουμε ένα συμπέρασμα για το πώς οικοδομείται και επεξεργάζεται η δραστηριότητά μας από νευρώνες σε κλίμακα ολόκληρο τον εγκέφαλο. Τα τεχνητά νευρωνικά δίκτυα είναι τα πιο πολλά υποσχόμενα εδώ επειδή λειτουργούν γρήγορα και βασίζονται σε ένα βιολογικό μοντέλο νευρώνων.
Το σήμα EEG είναι μια πολύπλοκη δομή με πολλά στοιχεία, αλλά η πολυπλοκότητά του αλλάζει με την πάροδο του χρόνου και ανάλογα με το τι κάνουμε.Από τη δυναμική αυτής της πολυπλοκότητας μπορούμε να το καταλάβουμεσυμβαίνει, αξιολογήστε το, ταξινομήστε το και φτιάξτε κάποιο είδος ταξινομητή σε αυτή τη βάση. Ένα συγκεκριμένο παράδειγμα είναι η αφαίρεση αντικειμένων. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε ένα πολυκάναλο σήμα EEG και δείχνει τεχνουργήματα που δίνουν παρεμβολές σε όλα σχεδόν τα κανάλια. Και μοιάζουν με οφθαλμοκινητικά τεχνουργήματα. Αφαιρούνται με τη μέθοδο των ανεξάρτητων εξαρτημάτων. Κάθε σήμα αποσυντίθεται σε διάφορα στοιχεία που περιέχουν τις δικές τους πληροφορίες. Ένα από αυτά περιέχει κάτι που δεν χρειαζόμαστε στο σήμα - το ίδιο οφθαλμοκινητικό τεχνούργημα. Το παίρνουμε και το πετάμε. Λαμβάνουμε ένα καθαρό, πιο ενημερωτικό σήμα που περιέχει αυτό που χρειαζόμαστε. Το φιλτράρισμα είναι βασικό πράγμα.
Ένα σήμα μπορεί να φιλτραριστεί σε διαφορετικά εύρη συχνοτήτων.Ρυθμός άλφα (8–14 Hz) και ρυθμός βήτα (15–30 Hz) -Αυτοί είναι οι δύο εγκεφαλικοί ρυθμοί, οι δύο συνιστώσες συχνότητας, που περιέχουν τις περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος επεξεργάζεται την κινητική δραστηριότητα. Αν θέλουμε να ταξινομήσουμε τις φανταστικές ή τις πραγματικές κινήσεις, στρεφόμαστε στον ρυθμό άλφα και βήτα και αναζητούμε ένα σχέδιο πάνω τους.
Η εύρεση ενός μοτίβου είναι μια εργασία ταξινόμησης.Για να δούμε το μοτίβο μπορούμεχρησιμοποιήστε τη μέθοδο ανάλυσης χρόνου-συχνότητας. Το μοτίβο είναι η κινητική δραστηριότητα στο ΗΕΓ και το πιο συχνά αναφερόμενο είναι ο αποσυγχρονισμός που σχετίζεται με συμβάντα. Παίρνουμε τη δραστηριότητα του ρυθμού άλφα. Περιέχει πολλές πληροφορίες για το πώς κινούμαστε. Αυτές οι πληροφορίες είναι οι εξής: όταν κάνουμε μια κίνηση, ο αριθμός των νευρώνων που εμπλέκονται στην επεξεργασία πληροφοριών μειώνεται. Έτσι, ο ρυθμός άλφα καταστέλλεται. Το πλάτος του μειώνεται και παράγει λιγότερη ενέργεια. Αυτή η καταστολή του ρυθμού άλφα συνεχίζεται σε όλη τη διάρκεια της κίνησης. Αν δούμε ότι ο ρυθμός άλφα έχει πέσει, μπορούμε να πούμε ότι έχει συμβεί κίνηση εκείνη τη στιγμή. Για παράδειγμα, ένα άτομο σφίγγει το χέρι του σε μια γροθιά. Ο ρυθμός άλφα πέφτει, η ενέργειά του μειώνεται. Αποσυγχρονίζει και μπορούμε να το δούμε. Τότε το άτομο ξεκλειδώνει το χέρι του και ο ρυθμός άλφα αποκαθίσταται και επιστρέφει στην κανονική του κατάσταση. Το όλο πρόβλημα είναι ότι ο αποσυγχρονισμός είναι σαφώς ορατός στα δεδομένα μέσου όρου. Κάνουμε πολλές κινήσεις, υπολογίζουμε την επιφάνεια του κυματιδίου για καθεμία, τις υπολογίζουμε κατά μέσο όρο και παίρνουμε μια φωτεινή εικόνα. Παίρνουμε μια κίνηση, μετράμε την επιφάνεια του κυματισμού και δεν βλέπουμε τίποτα. Δεν καταλαβαίνουμε τίποτα γιατί αυτή η κίνηση είναι ένα πολύ λεπτό αποτέλεσμα.
Δείτε επίσης:
Δείτε πώς φαίνεται το καλοκαίρι στον Κρόνο
Υπήρχε μια φωτογραφία για το πώς ρέει η σκόνη της ερήμου στον Ατλαντικό Ωκεανό
Δείτε τι μπορεί να δει το διαστημικό τηλεσκόπιο του Hubble στο διάστημα