Чтение мыслей стало на один шаг ближе: голландским исследователям удалось определить, на какие рукописные буквы смотрят их испытуемые, основываясь только на активности мозга. Это стало возможным благодаря сканированию мозга с высоким разрешением и специальному адаптивному программному обеспечению для оценки. Из паттернов активности она сгенерировала изображения, воспроизводящие прочитанные буквы с поразительной точностью, как сообщают исследователи в специализированном журнале «НейроИмидж».
Угадывать или даже читать, о чем думает наш собеседник, еще далеко, по крайней мере, в повседневной жизни. Но в лабораториях нейробиологов ситуация только начинает меняться. Сканирование мозга с все более высоким разрешением теперь регистрирует активность нашего мыслительного органа и его областей. Ее записи не только показывают, какие области мозга вызывают какие мысли или эмоции, но и позволяют сделать выводы о том, что мы думаем или чувствуем в данный момент.
Два года назад, например, исследователи смогли использовать только сканирование мозга, чтобы определить, какую сцену фильма смотрел испытуемый. Другая группа точно так же смогла определить, сжимает ли спящий левый или правый кулак во сне. «С развитием новых аналитических методов расшифровка чужого ментального опыта стала реальностью, - объясняют Санне Шумакерс и ее коллеги из Института мозга, познания и поведения Дондерса при Университете Радбауд в Нидерландах.
От куба данных к букве
Теперь вы сделали еще один шаг в этом отношении: вы хотели прочитать, какие буквы читает субъект в данный момент. Для своего эксперимента ученые использовали функциональную магнитно-резонансную томографию высокого разрешения (фМРТ). Эта процедура визуализации показывает, какие области мозга особенно хорошо снабжаются богатой кислородом кровью и поэтому особенно активны.
Для точного распределения этих сигналов активности вся зрительная кора делится на крошечные трехмерные кубы, так называемые воксели. Специальная компьютерная программа считывает данные для каждого из этих вокселей размером 2x2x2 миллиметра и рассчитывает соответствующую активность. Поскольку исследователи уже достаточно хорошо умеют определять, какая визуальная информация соответствует какой активности в зрительном центре, программное обеспечение специально запрограммировано на назначение отдельных вокселей определенным видимым пикселям.
Обучение программному обеспечению
На самом деле испытуемые лежали в сканере мозга, в то время как различные рукописные буквы появлялись одна за другой на экране перед ними. В первые несколько проходов программа оценки генерировала из этого довольно размытые, пикселизированные изображения - своего рода точечный узор, который в лучшем случае давал смутное представление о букве. «Но затем мы попробовали кое-что новое, - объясняет руководитель исследования Марсель ван Гервен. - Сначала мы научили модель тому, как выглядят буквы».
Программа практически прошла репетиторский курс, в нее были запрограммированы правильные формы букв. Если затем она получала информацию о вокселах от зрительной коры испытуемого, то могла сравнивать получившиеся размытые изображения с буквами и, таким образом, улучшать реконструкцию того, что видела. «Результатом стала настоящая реконструкция письма», - говорит ван Гервен. В большинстве случаев исследователи могли использовать только сканирование мозга, чтобы правильно определить, какие рукописные буквы только что видели их испытуемые.
Мозговая интерпретация
Принцип, лежащий в основе этого процесса, очень похож на тот, с помощью которого сам мозг объединяет новые сенсорные впечатления с предыдущими знаниями, объясняют исследователи. Читатель может распознать линии и изгибы букв в статье, подобной этой, только потому, что его мозг научился интерпретировать эти формы как буквы. Именно это и делает программа анализа вокселей зрительной коры. Кроме того, поскольку программное обеспечение было способно к обучению, оно могло создавать хорошие изображения, даже если оно ранее не знало конкретной буквы, сообщают ученые.
Шенмакерс и ее коллеги теперь хотят еще больше усовершенствовать свой процесс и, прежде всего, еще больше повысить разрешение сканирования мозга за счет использования более совершенных томографов. Вместо информации из 1200 вокселей программа должна работать с данными из 15 000 вокселей. «Мы хотим иметь возможность использовать это для реконструкции более подробных изображений», - говорит исследователь. Ее цель состоит в том, чтобы однажды таким же образом считывать субъективные впечатления, такие как сны или воспоминания. Однако, вероятно, пройдет некоторое время, прежде чем это произойдет.