Odtworzyli film z aktywności mózgu. Przełom w dekodowaniu neuronów
Badacze University College London dokonali przełomu w dziedzinie dekodowania sygnałów mózgowych. Zespół naukowców zdołał odtworzyć 10-sekundowe nagrania wideo wyłącznie na podstawie aktywności neuronów myszy. Wyniki badań pokazują, jak mózg przetwarza obrazy i jak można przekształcić sygnały neuronowe z powrotem w cyfrowy obraz.
Naukowcy postanowili opracować metodę, która pozwoli lepiej zrozumieć, w jaki sposób mózg interpretuje to, co widzimy. Dotychczas wiele eksperymentów w tej dziedzinie opierało się na funkcjonalnym rezonansie magnetycznym (fMRI), który pozwala obserwować aktywność mózgu, ale dokładność tej metody jest ograniczona.
W nowym badaniu naukowcy - prowadzeni przez Joela Bauera z centrum badawczego Sainsbury Wellcome Centre - zastosowali rejestrację aktywności pojedynczych komórek nerwowych w korze wzrokowej myszy, dzięki czemu uzyskali znacznie bardziej precyzyjne dane o tym, jak konkretne neurony reagują na oglądane obrazy.
Model przewidujący reakcje neuronów
Kluczową rolę odegrał tzw. dynamiczny model kodowania neuronalnego. Algorytm uczył się, jak poszczególne neurony reagują na konkretne klatki filmu wyświetlanego zwierzęciu. Model brał pod uwagę również stan organizmu myszy, na przykład ruch ciała czy rozszerzenie źrenic. Dzięki temu rekonstrukcja obrazu uwzględniała wpływ zachowania i wewnętrznego stanu zwierzęcia na jego percepcję.
Naukowcy obserwowali także lokalne wzrosty poziomu wapnia w komórkach nerwowych - sygnał świadczący o ich aktywności. Na tej podstawie algorytm stopniowo "malował" obraz na cyfrowym płótnie, aktualizując piksele aż do momentu, gdy wynik zaczął przypominać scenę widzianą przez mysz.
Zobacz również:
Film odtworzony z sygnałów mózgowych
Po wytrenowaniu modelu badacze przeprowadzili najciekawszy test. Myszy oglądały zupełnie nowe nagrania, a komputer próbował odtworzyć obraz wyłącznie na podstawie zarejestrowanej aktywności neuronów. Im więcej neuronów było monitorowanych, tym dokładniejsze okazywało się wygenerowane wideo. Naukowcy potwierdzili trafność rekonstrukcji za pomocą analizy korelacji pikseli, porównując klatka po klatce oryginalny film z jego wersją wygenerowaną przez algorytm.
Jednym z najbardziej zaskakujących wniosków nie była sama jakość obrazu, lecz jego niedoskonałości. Rekonstrukcje pokazały, że mózg nie odwzorowuje rzeczywistości w sposób idealny. Zamiast tego modyfikuje i interpretuje informacje wizualne, podkreślając jedne elementy, a pomijając inne. To nie błąd, lecz mechanizm, który pomaga organizmom szybciej reagować na ważne bodźce.
Naukowcy chcą teraz zwiększyć rozdzielczość rekonstrukcji oraz rozszerzyć pole widzenia. Lepsze modele mogą w przyszłości pomóc zrozumieć, jak różne gatunki postrzegają świat. Technologia może też okazać się przydatna w badaniu zaburzeń neurologicznych czy problemów ze wzrokiem, kiedy "proces edycji obrazu" w mózgu działa nieprawidłowo.
