Възстановиха кратки видеа по мозъчни сигнали при мишки

Кратки видеа възстановени от мозъчни сигнали

Екип учени са успели да реконструират видеоклипове с дължина около 10 секунди, използвайки само данни за активността на невроните в зрителната кора на мишки. Резултатите от изследването са публикувани в научното списание eLife и представят напредък в декодирането на визуалната информация от мозъчни записи.

Как бе постигнато възстановяването

Изследователите са записвали активността на отделни неврони, докато животните наблюдавали видеа. За целта те са използвали едноклетъчни записи, които дават много по-фина информация в сравнение с предишни експерименти, базирани на функционален магнитен резонанс при хора. Така получените сигнали позволяват по-прецизни прогнози за отговора на конкретни клетки на различни кадри от видеото.

В процеса е приложен т.нар. динамичен модел за невронно кодиране, който прогнозира реакциите на невроните спрямо визуалните стимули. Моделът е трениран да асоциира модели на активност с визуални образи и след това да използва тези връзки за генериране на нови видеоклипове само от мозъчните сигнали.

Допълнителни параметри за по-добра точност

За повишаване на точността учените са следили и промени в калциевите нива в клетките — маркер кога даден неврон е активен. Освен това моделът отчита и физическото състояние на животното по време на записите, включително движения на тялото и разширение на зениците. Тези фактори се използват, за да се избегне погрешно интерпретиране на активността, свързана не с визуалния стимул, а с поведенчески или физиологични промени.

След обучението на модела изследователите са успели да генерират нови видеа, използвайки единствено невронните сигнали, регистрирани когато мишките гледали изображения, които преди това не били показвани на системата.

Алгоритъмът и наблюденията за възприятието

„Алгоритъмът започва с празно изображение и постепенно го променя, като сравнява реалната мозъчна активност с прогнозния модел. Така системата постепенно създава картина, която отразява визуалния стимул, наблюдаван от животното,“ обясняват авторите на изследването.

Ръководителят на проучването Джоел Бауер от Sainsbury Wellcome Centre посочва, че основната цел е разработване на по-точен метод за разбиране как мозъкът обработва визуална информация. Възстановените кадри не са просто репродукции на оригиналните изображения — те показват и онези изменения, които самият мозък въвежда по време на възприемането.

Какво разкриват реконструкциите

Анализът на възстановените кадри разкрива изкривявания, характерни за начина, по който мозъкът интерпретира визуалните сигнали. „Интересно откритие е, че реконструираните кадри разкриват и изкривяванията, които мозъкът създава при обработката на визуална информация. Според Бауер мозъкът не функционира като камера, а активно интерпретира и модифицира възприятията, като подчертава определени детайли и игнорира други.“

Приложения и значение

Технологията може да бъде полезна за по-добро разбиране как различни видове възприемат света, както и за изследване на неврологични заболявания и зрителни нарушения, при които процесът на интерпретация е нарушен. Чрез по-точна карта на връзката между невронната активност и визуалните преживявания учените могат да проследяват промени в обработката на информация при болестни състояния и да разработват нови диагностични или терапевтични подходи.

Заключение

Проучването от University College London демонстрира, че е възможно да се възстановят кратки визуални последователности само от невронни записи при мишки, използвайки едноклетъчни данни и адаптивни модели за кодиране. Резултатите отварят пътя към по-прецизни инструменти за изучаване на възприятието и невронната обработка на визуални стимули.