Как быстро мысли о действиях меняют мозг?

Нейрокомпьютерные интерфейсы позволяют людям управлять устройствами, используя сигналы мозга. Их работа основана на считывании электрической активности мозга в тот момент, когда обладатель нейроинтерфейса думает о выполнении какого-либо действия. В частности, этот механизм используется и в продвинутых протезах. Исследователи из Института когнитивных наук и наук о мозге человека Макса Планка задались вопросом, как использование нейроинтерфейсов влияет на сам мозг и может ли изменить его так же, как выполнение реальных действий. Результаты работы были опубликованы в журнале The Journal of Physiology.

Различия в результатах МРТ до и после тренировки

«Мы знаем, что интенсивные физические нагрузки влияют на пластичность мозга», — говорит Тиль Нирхаус, один из авторов исследования.

Учёные различают функциональную пластичность, при которой изменения возникают только в интенсивности сигналов между отдельными синапсами, и структурную пластичность. Последняя относится к изменению структуры синаптического соединения нейронов или даже к образованию новых клеток (в гиппокампе и предположительно – в гипоталамусе).

Авторы работы решили посмотреть, что будет с мозгом, если испытуемые будут не выполнять действие, а лишь думать о нём. Участниками исследования стали 9 женщин и 12 мужчин, их средний возраст составил 27,2 лет.

Исследователи рассматривали два подхода к реализации нейроинтерфейсов. Одна часть испытуемых должна была представлять, что совершает движения руками и ногами, вторая — распознавать и выбирать буквы на экране. До и после выполнения заданий они проходили МРТ мозга (делалась как обычная МРТ, так и функциональная в состоянии покоя), а во время них — ЭЭГ.

Как оказалось, в областях мозга, необходимых для выполнения тех или иных заданий, действительно произошли изменения.

В среднем выполнение всех заданий заняло около часа. Точность движений за это время заметно возросла. Сравнение результатов МРТ до и после эксперимента показало рост активности и увеличение функциональной связности в средней затылочной извилине (отвечает за распознавание объектов и активируется во время пространственных задач) и нижней доле задней теменной коры (играет роль в определении положения тела и объектов в пространстве). Также в первой группе испытуемых наблюдался тот же эффект в предклинье (связано с кратковременной памятью) и сенсомоторных областях, во второй — в теменной (играет роль в анализе пространства) и затылочной (обеспечивает восприятие зрительной информации) долях.

Группа, работавшая с буквами на экране, быстро набралась опыта и далее её результаты не улучшались. Тем же, кто воображал движения, понадобилось больше практики.

«Пока что не ясно, произойдут ли эти изменения, если испытуемые не будут получать обратную связь через нейроинтерфейсы, которые будут определять корректность сигналов мозга. Однако результаты, в целом, показывают, что эффект от тренировок с нейроинтерфейсом может иметь терапевтический эффект, стимулируя определённые участки мозга», — отмечают исследователи.

По словам профессора Арно Виллингера,  пространственную специфику воздействия, достигнутого с помощью нейроинтерфейсов, можно будет использовать для воздействия на те участки мозга, которые страдают от инсульта.

«Нейроинтерфейсы — единственный способ превратить отдельные действия в контрольные сигналы без длительных периодов обучения. Индивидуальное считывание показаний нейроинтерфейсов будет иметь решающее значение для определения возможности использования технологии в реабилитационных системах в будущем», — добавляет его коллега профессор Клаус-Роберт Мюллер.

Следующим этапом исследований должно стать наблюдение связи между этой «быстрой» пластичностью и  долговременными изменениями в головном мозге.

Текст: Алла Салькова

Immediate brain plasticity after one hour of brain–computer interface (BCI)

Till Nierhaus, Carmen Vidaurre, Claudia Sannelli, Klaus Robert Mueller, Arno Villringer

https://doi.org/10.1113/JP278118

Источник: neuronovosti.ru

Комментарии: