新法以接近脑认知速度破译脑信号
查字典生物网
2016-02-01
美国华盛顿大学研究人员通过植入癫痫病人颞叶的电极阵列，能以接近大脑形成认知的速度破译其脑电图信号，并进一步分析神经元对视觉刺激的反应，进而准确判定特定时间段的视觉刺激图像。
认知物体和脑部神经活动之间的关系，是神经科学中的一个根本问题。华盛顿大学计算科学与工程教授拉杰什·拉奥说：“首先，我们要理解人脑颞叶是如何认知客观物体的，然后用计算机实时获得并判定某人正在看的东西。”这项成果可看做是一种临床上的理论论证，最终目标是构建一种能与瘫痪或中风病人进行沟通的机制。
参与该项研究的志愿者是西雅图港景医疗中心的7名癫痫病人，出于治疗目的，研究人员在他们的颞叶癫痫病灶位点植入电极，并把各电极连在一起，形成强大的计算软件，能获得脑信号的两种特征属性：“事件相关电位”和“广谱变化”。前者可能是图像刚一出现时，在数十万个神经元中同时激活时生成的；后者则是对最初信息波生成后的持续处理。
实验中，研究人员让志愿者观看计算机屏幕，屏幕会随机闪现人脸图像、房子图像和灰色空屏，每幅图像显示400毫秒。计算软件每秒对志愿者的脑信号进行1000次抽样并数字化处理，提取出特征属性。软件还能分析数据，确定电极位置组合、信号类型与志愿者所看图像的关系。拉奥说：“我们从不同电极部位得到了不同反应，有些对人脸敏感，有些对房子敏感。”
研究人员先用前面2/3的图像研究志愿者的反应，不断调整算法，然后用后面1/3的图像做判定检验，他们事先也不知道剩下的图像是什么。结果表明，他们能判定志愿者什么时间（误差在20毫秒内）在看什么图像，准确率达96%。
拉奥说：“过去科学家只能观察单个神经元，我们的研究则在一个很大的神经元网络层面，提供了更全面的脑部画面。”
相关论文发表在《公共科学图书馆·计算生物学》上。
