dream_russo | Entries tagged with нейробионика

В Nature вышла любопытная статья: High-performance brain-to-text communication via handwriting. Русскоязычный научпоп тут: 90 знаков в минуту силой мысли. Есть нечетко сформулированные вещи, конечно, типа "современная электроника вообще не рассчитана на долгую жизнь внутри мозга человека" (а мужики с DBS-то и не знают), но в целом написано вменяемо.

Если вкратце, то исследователи использовали вставленную в моторную кору мозга электродную решетку, попросив испытуемого представить как он от руки на бумаге пишет буквы и предложения. Полученный сигнал разложили на главные компоненты:

( иллюстрация )

...и совместили это с глубоким обучением. В результате скорость печати смогла выйти на "плато" в 90 знаков в минуту, правда при таком темпе печати кол-во ошибок большое, но это лечится добавкой языковой модели:

( иллюстрация )

Разумеется, в таком виде это всё ещё нужно только инвалидам. У среднего человека скорость печати более чем в два раза выше, ~200 знаков в минуту. Но всё равно интересная идея, хоть что-то новое с первой половины нулевых, а то все ограничивались двиганьем курсора.

Появилось видео недавней презентации компании Маска Neuralink. Начало на 1:30:00 (в комментариях к видео есть таймстэмпы):

А ранее в этом году пробегала научная публикация про "швейную машинку" для имплантации электродов в центральную нервную систему.

( иллюстрации )

Выскажу свое мнение на тему. Бакалавриат у меня был как раз в этой области, а именно биомед инженерия с концентрацией в биоэлектричестве, т.е. смесь создания нейроимплантантов и "чистой" нейрологии. Было это давно и неправда, после универа я уже по этой специальности не работал (получить диплом конкретно в 2008 году было весьма неудачной вещью), но кой-чего я всё же до сих пор помню.

Так вот. Я уверен, что полноценным мозго-машинным интерфейсом (ММИ) это не станет никогда. Допускаю, что я могу оказаться в роли тех старперов, которые шипели, что у Маска никогда не получится сделать многоразовую первую ступень, но тем ни менее.

( читать дальше )

Часто можно услышать выражение "со скоростью мысли". А вам никогда не было интересно какова она, та скорость?

Вот довольно условная схема нейрона:

На рисунке мы видим три основных части клетки. Аксон у нейрона обычно один, и он передает информацию другим нейронам на далекие расстояния. Дендритов у нейрона много, они значительно короче аксонов, и они принимают информацию от других нейронов. Синапсы -- соединения между разными нейронами. На деле все сложнее, конечно, ну да ладно.

Аксон зачастую покрыт миелиновой оболочкой (что-то вроде изоляции), которая ускоряет движение импульса. Это нужно при передаче в мозг сенсорной информации с переферии тела, например из большого пальца ноги, на который только что упал молоток. Так вот, в миелинированых аксонах скорость распространения нервного импульса примерно равна 6*D метров в секунду. D это диаметр аксона в микрометрах, и обычно у него значения до 20 мкм. То есть скорость распространения нервного импульса в миелинированых нервах -- максимум где-то 120 метров в секунду, или 430 километров в час. А обычно куда медленней, в районе 30-50 метров в секунду, или около 100-200 километров в час. Скорость обычной машины. Не так уж быстро, не так ли?

А теперь обратим внимание вот на что: на дендритах миелина никогда нет. Да и аксоны в мозгу частно немиелинированы. В этом случае нервные импульсы распространяются медленее, где-то примерно со скоростью √D метров в секунду. Диаметры дендритов (и некоторых немилиенированых аксонов) в мозгу в среднем равны примерно 0.5-1мкм. Стало быть скорость распространения нервных импульсов получается в районе 1 метра в секунду. Медпенней пешехода!

А еще не забываем о синапсах -- ведь нервному испульсу нужно время для преодоления оного. Обычно это занимает от одной до пяти микросекунд.

В общем человеческая мысль это довольно-таки тормозная вещь, на деле :)

H.M. -- широко известная в узких кругах личность, слышали про него наверное все изучающие нейрологию. Причем знают его именно по инициалам, полное имя ранее не раскрывалось ради охраны медицинской тайны.

Вкратце: данный пациент страдал крайне тяжелой формой эпилепсии, результат велосипедной аварии в семилетнем возрасте (граждане, пользуйтесь велосипедными шлемами!). Из-за постоянных припадков во взрослом возрасте не мог нормально работать и вести комфортный образ жизни. В 27-летнем возрасте, 1 сентября 1953 года, ему было решено провести операцию, удалив участки мозга ответственные за возникновение спонтанной нейронной активности -- структуры под названием гиппокамп, миндалевидное тело, и еще кое-что по мелочи. Эпилептические припадки были взяты под контроль, но обнаружился весьма неприятный и в то же время поразительный побочный эффект: пациент потерял всяую способность запоминать людей, события и места.

При том сама его кратковременная память (т.е. способность держать в уме имя или телефон в течении секунд или даже минут) не пострадала, равно как и не пострадала его долговременная память -- он отлично помнил свое имя, то кем он был до операции, что за работа у него была. Словарный его запас также не пострадал, в IQ не произошло никаких изменений. Позже даже обнаружилась что не была полностью утрачена способность к запоминанию; например осталась мышечная память, и т.д. Но полностью была утрачена возможность консолидировать декларативную память, т.е. перемещать те самые имена или телефонные номера из кратковременной в долговременную память, запоминать их.

Так вот. Оказывается что пациент этот умер сравнительно недавно, всего четыре года назад, 2 декабря 2008 года. Полное его имя было разглашено после смерти, звали его Henry Molaison. Не знаю как вам, а мне сразу подумалось как это странно -- в 2008 был человек, для которого Иосиф Сталин и Дуайт Эйзенхауэр это современники, и последнее что он помнит -- это Великая Депрессия и Вторая Мировая война.

Вот так Генри выглядел незадолго до операции в 53 году, и таким он и запомнил себя на всю оставшуюся жизнь*

* да, я в курсе что у него была ретроградная амнезия :-P Но думаю лицо 27летнего себя он все же не забыл.

Точнее будет сказать мозго-компьютерный интерфейс. Brain-machine interface это устаревший термин, но лично мне он больше нравится. Одно из самых футуристических и в то же время наименее финансируемых направлений нейробионики =)

Под катом -- многобукв на тему input/output человеческого мозга. Есть небезынтересные фото, и пара видео.

Картинка для привлечения внимания:

( Читать дальше )

Имплантаты которые в перспективе позволять ослепшему человеку снова видеть мир при помощи искусственных устройств. Первые эксперименты кстати проводились в далеком 1968 году.

Делятся визуальные протезы на три класса: стимулирующие сетчатку, стимулирующие зрительный нерв и стимулирующие непосредственно зрительную кору мозга. Последний метод все еще в стадии разработки, но и наиболее перспективен в плане полноты возраста зрения. Стимуляция зрительного нерва тоже пока недалеко продвинулась (и имхо не продвинется, наименее перспективное направление из трех). Так что я напишу только про первый тип имплантатов, стимулирующих сетчатку.

( Читать дальше )

Что-то я забросил эту секцию в свое время. Потому что приходишь на пляж, а там станки, станки. Но в силу того что есть мои копипасты на одном форуме -- решил их таки вставить в жж их :)

Звук передается в мозг при колебании волосков расположенных на базиларной мембране улитки внутреннего уха. Соответственно при значительной потере этих волосков у человека наступает глухота.

В 1984 году выпустили первый коммерческий нейроимплантат для лечения глухоты. Структура вкратце такова: снаружи есть некий приемник звука, которые анализирует воздушные колебания, и передает необходимую информацию в модуль во внутреннем ухе по радио. Во внутреннем ухе в улитке вставлен электродный шуп с множеством каналов (электродов) которые возбуждают нейроны улитки. Частота воспринимаемого при этом звука зависит от расположения стимулирующего электрода относительно длины канала улитки.

( Читать дальше )

Попытаюсь просто и коротко объяснить что такое нервная клетка, как она работает и как мы на нее может влиять извне.

( Читать дальше, 1МБ )

Решил наконец-то начать серию постов на тему.

Большая Советская Энциклопедия: "Бионика (от греч. biōn - элемент жизни, буквально - живущий), наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности организмов". Ну а стало быть нейробионика -- это решение инженерных задач в нервной системе человека.

В этом посте расскажу про историю вопроса начиная аж с древних греков и кончая экспериментами эксцентричного пионера нейроимплантов -- испанца Дельгадо. С фотографиями.

Во второй части наверное напишу про основы нервной системы и обьясню принцип работы имплантов. Ну а потом выдам отдельные посты по разным типам имплантов: водители сердечного ритма, импланты для восстановления зрения и слуха, мозго-машинные интерфейсы и так далее. Еще думаю написать пару постов про любопытные случаи из практики нейрохирургов и нейрологов.

( Читать далее... (23 фотографии, 0,8МБ) )