211service.com
Hjärnavbildning avslöjar vad du tittar på
Forskare är ett steg närmare att konstruera en digital version av det mänskliga visuella systemet. Forskare vid University of California, Berkeley, har utvecklat en algoritm som kan användas på funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) bilder för att visa en rörlig bild som en person ser.
Neuroforskare har använt fMRI för att studera det mänskliga synsystemet i flera år, vilket innebär att man mäter förändringar i blodets syrenivåer i hjärnan. Detta fungerar bra för att studera hur vi ser statiska bilder, men det faller kort när det kommer till rörliga bilder. Individuell neuronaktivitet sker över en mycket snabbare tidsskala, så för några år sedan ville forskarna bakom den aktuella studien ta fram en datormodell för att mäta detta istället. Studien visar att detta nya tillvägagångssätt inte bara är framgångsrikt utan anmärkningsvärt korrekt.
Studien, som visas i Aktuell biologi denna vecka är det första gången som någon har använt hjärnavbildning för att avgöra vilka rörliga bilder en person ser. Det skulle kunna hjälpa forskare att modellera det mänskliga visuella systemet på en dator, och det väcker de lockande utsikterna att en dag kunna använda modellen för att rekonstruera andra typer av dynamiska bilder, som drömmar och minnen.
Forskarna som var involverade i studien såg timmar av filmförhandsvisningar medan de låg i en fMRI-maskin. Därefter dekonstruerade de noggrant data så att de hade ett specifikt aktiveringsmönster för varje sekund av filmen. De körde dessa data genom flera olika filter för att sluta sig till vad som hände på neuronnivå. När du väl har gjort detta har du en komplett modell som kopplar samman rören av blodflödet som du ser med fMRI till den neuronala aktiviteten som du inte ser, säger Jack Gallant, som var medförfattare till studien med kollegan Shinji Nishimoto.
Därefter sammanställde forskarna ett bibliotek med 18 miljoner YouTube-videoklipp, utvalda slumpmässigt, för att testa deras modell objektivt. Tidigare studier har visat att fMRI kan användas för att bestämma statiska bilder som en person tittar på, men den nya datormodellen erbjöd möjligheten att rekonstruera bilder som hade såväl rörelseriktning som form. Ingen har försökt modellera dynamisk vision med denna detaljnivå tidigare, säger Jim Haxby, en neuroimaging expert vid Dartmouth College som inte var involverad i studien.
Forskarna använde YouTube-biblioteket för att simulera vad som skulle hända på fMRI-bilderna när de såg en ny uppsättning filmtrailers. Resultaten av simuleringarna och fMRI-skanningarna var nästan identiska. Vanligtvis får man bara den typen av noggrannhet i fysik, inte neurovetenskap, säger Benjamin Singer, en fMRI-forskare vid Princeton University som inte var involverad i studien. Det är en tour de force som samlar årtionden av arbete.
Det finns två huvudsakliga förbehåll för studien. Forskarna använde fMRI-data från endast ett område av det visuella systemet - V1-området, även känt som den primära visuella cortex. Och modellerna skräddarsyddes för varje ämne. Att försöka designa en modell som skulle fungera för alla hade varit för svårt, säger Gallant, även om han misstänker att en mer generaliserad modell kan utvecklas i framtiden.
Det slutliga målet med denna forskning är att skapa en beräkningsversion av den mänskliga hjärnan som ser världen som vi gör. Studien visar också på en oväntad användning av en befintlig teknik. Alla trodde alltid att det var omöjligt att återställa dynamisk hjärnaktivitet med fMRI, säger Gallant.