Реконструираха кратки видеа по мозъчни сигнали при мишки

Ръководен екип от University College London възстанови кратки видеоклипове, гледани от лабораторни мишки, използвайки единствено данни за мозъчната им активност. Реконструираните клипове са с продължителност около 10 секунди, а резултатите от изследването са публикувани в научното списание eLife.

Методика и записи

По време на експериментите учените следят активността на отделни неврони в зрителната кора на мишките чрез едноклетъчни записи. Този подход осигурява много по-висока пространствена и временна резолюция в сравнение с по-ранни проучвания, при които са използвани функционален магнитен резонанс (fMRI) върху хора.

За да улеснят декодирането, изследователите проследяват и колебанията в нивата на калций в невроните — маркер за активност на клетките. Освен това моделът отчита физическото състояние на животните по време на гледане, включително движения на тялото и разширяване на зениците, които могат да влияят на невронните отговори.

Динамичен модел за невронно кодиране

В основата на възстановяването стои т.нар. динамичен модел за невронно кодиране, който прогнозира как отделни клетки ще реагират на различни кадри от видеото. След обучение моделът може да използва записаните невронни сигнали, за да реконструира визуалния стимул.

Алгоритъмът стартира с празно изображение и чрез итеративно сравнение между реалната мозъчна активност и прогнозните отговори постепенно променя това изображение. По този начин системата „създава” картина, която отразява това, което животното е гледало. След обучителния етап изследователите са успели да генерират нови видеоклипове единствено от невронните сигнали, дори когато мишките са гледали изображения, непознати за системата.

Ключови наблюдения и открития

Екипът установява, че реконструираните кадри не само пресъздават съдържанието на видеото, но и разкриват как самият мозък променя възприятието. Получените изображения показват изкривявания и акценти, които отразяват начина, по който зрителната система интерпретира стимулите — мозъкът не функционира като пасивна камера, а активно модифицира и селектира информация.

„Целта бе да създадем по-точен инструмент за разбиране как мозъкът обработва визуална информация”, обяснява ръководителят на проучването Джоел Бауер от Sainsbury Wellcome Centre. По думите му моделът илюстрира, че при възприемането се подчертават определени детайли, докато други се игнорират, което дава представа за активната роля на мозъка в конструирането на визуалния опит.

Значение и възможни приложения

Технологията предлага потенциални приложения при изследване на различни видове възприятия и сравнителна невронаука — например за изучаване как различни животински видове виждат и интерпретират света. Освен това методът може да стане инструмент за изследване на неврологични заболявания или зрителни нарушения, при които процесите на интерпретация и кодиране на информацията са нарушени.

Сравнението с предишни експерименти, базирани на fMRI, подчертава предимството на единичните невронни записи: по-голяма точност при реконструирането и по-добро улавяне на детайли от времевата динамика на невронните отговори.

Следващи стъпки

Изследователите ще продължат да усъвършенстват моделите и да тестват възможностите им за възстановяване на по-дълги или по-сложни визуални сцени, както и да изследват приложимостта на подхода при други видове и при различни неврологични условия. Публикацията в eLife представя настоящите резултати като значим напредък в декодирането на мозъчни сигнали и разбирането на визуалната обработка.