211service.com
Tankeläsning med funktionell MR
Forskare kan exakt förutsäga vilka av tusen bilder en person tittar på genom att analysera hjärnaktivitet med hjälp av funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI). Tillvägagångssättet bör belysa hur hjärnan bearbetar visuell information, och det kan en dag användas för att rekonstruera drömmar.
[Forskningen] tyder på att fMRI-baserade mätningar av hjärnaktivitet innehåller mycket mer information om underliggande neurala processer än vad som tidigare har uppskattats, säger Jack Gallant , en neuroforskare vid University of California, Berkeley, och senior författare till studien.
FMRI detekterar blodflödet i hjärnan, vilket ger ett indirekt mått på hjärnans aktivitet. De flesta fMRI-studier hittills har använt tekniken för att lokalisera de delar av hjärnan som är involverade i olika kognitiva uppgifter, som att läsa eller komma ihåg ansikten. Den nya studien antar dock en framväxande trend inom fMRI: att använda tekniken för att analysera neural informationsbehandling. Genom att använda datormodeller för att analysera den typ av information som samlas in från den neurala aktiviteten, kan forskare försöka bedöma hur neurala signaler bearbetas i olika hjärnområden och slutligen smälts samman för att skapa en sammanhängande uppfattning. Forskare har tidigare använt denna metod för att visa att viss visuell information kan hämtas från hjärnavbildningsdata, till exempel om en person tittar på ansikten eller hus.
Enligt studien, publicerad på onsdagen i onlineversionen av tidskriften Natur , samlade forskare först information om hur hjärnan bearbetar bilder genom att registrera aktivitet i synbarken när försökspersoner tittade på flera tusen slumpmässigt utvalda bilder. Neuroner i denna del av hjärnan svarar på specifika aspekter av den visuella scenen, såsom en fläck av starkt kontrasterande ljus och mörker, så aktiviteten som registreras i varje område av hjärnskanningen reflekterar den visuella informationen som bearbetas av neuroner i det området av hjärnan. hjärnan. Forskarna sammanställde denna information för att utveckla en datormodell som skulle förutsäga mönstret av hjärnaktivitet som utlöses av vilken bild som helst.
När frivilliga senare visades en ny bild som inte ingick i den första uppsättningen kunde datormodellen korrekt förutsäga vilken bild av 120 eller 1 000 möjligheter personen tittade på med 90 respektive 80 procents noggrannhet.
De kan göra detta med en överraskande grad av noggrannhet, säger Frank Tong , en neuroforskare vid Vanderbilt University, i Nashville, TN, som inte var involverad i forskningen. Människor kommer att slås av hur mycket visuell information dessa forskare kunde extrahera från hjärnan.
Gallant och hans team planerar att använda denna teknik för att bättre förstå hur det visuella systemet fungerar genom att bygga beräkningsmodeller av olika teorier och sedan testa deras förmåga att tolka hjärnskanningar. Det mest direkta sättet att testa teorier om hur hjärnan omvandlar information är att mäta vilken information som lagras i olika delar av personens sinne, och hur det förändras från struktur till struktur, säger Ken Norman , en neuroforskare vid Princeton University, i New Jersey, som inte var involverad i forskningen. Liknande metoder kan också vara användbara för att avgöra hur dessa steg går snett hos personer med olika typer av kognitiva underskott, säger han.
Detta tillvägagångssätt skulle också kunna belysa kognitiva fenomen som är svåra att studera, såsom uppmärksamhet. Till exempel, när en person tittar på en bild av en skidåkare på ett berg, kan han fokusera antingen på skidåkaren i förgrunden eller på bergslandskapet i bakgrunden. Exakt hur detta händer är en stor öppen fråga inom kognitiv neurovetenskap. Neural aktivitet, och därmed informationen som fångas upp av fMRI, kan förändras beroende på var personen fokuserar sin uppmärksamhet. Datormodeller utvecklade av Tong har visat tidig framgång med att förutsäga var en person fokuserar sin uppmärksamhet med ett liknande tillvägagångssätt.
På lång sikt kan denna teknik användas för att studera ännu mer tillfälliga fenomen, som att drömma. Det är för närvarande okänt om processer som drömmar och fantasi realiseras i hjärnan på ett sätt som funktionellt liknar perception, säger Gallant. Om de är det, bör de tekniker som utvecklats i vår studie vara direkt tillämpliga.
Gallant och andra varnar dock för att tekniken ännu inte kan faktiskt rekonstruera från grunden vad en person ser. Medan forskare arbetar med denna förmåga, är den till stor del begränsad av själva upplösningen av fMRI. Nuvarande hjärnskanningsanordningar har en rumslig upplösning på cirka en millimeter, ett område som innehåller hundratals neuroner, som var och en svarar på olika bitar av visuell information.
En av de mest provocerande potentiella tillämpningarna för denna typ av tankeläsningsteknik har varit lögndetektion – till exempel att försöka avgöra direkt från hjärnaktivitet om en misstänkt känner igen ett fotografi av en brottsplats som hon säger att hon aldrig har besökt. (Se Imaging Deception in the Brain.) De flesta neuroforskare tror att det inte finns tillräckligt med data för att avgöra om detta är en tillförlitlig metod för lögndetektering, och Gallant säger att hans teknik sannolikt inte kommer att göra det längre. Varje hjärnläsande enhet som syftar till att avkoda lagrade minnen kommer oundvikligen att begränsas inte bara av själva tekniken utan också av kvaliteten på den lagrade informationen.