МРТ, электроэнцефалография (ЭЭГ) и магнитоэнцефалография долгое время служили инструментами для изучения мозговой активности, но новое исследование Университета Карнеги-Меллона представляет новую технологию динамической визуализации мозга на основе искусственного интеллекта, которая может отображать быстро меняющуюся электрическую активность в мозге с высокой скоростью. скорость, высокое разрешение и низкая стоимость. Это продвижение последовало за более чем тридцатилетними исследованиями, которые провел Бин Хе и сосредоточился на способах улучшения неинвазивной технологии динамической визуализации мозга.

Электрическая активность мозга распределяется по трехмерному мозгу и быстро меняется во времени. Было предпринято много усилий для визуализации функции и дисфункции мозга , и у каждого метода есть свои плюсы и минусы. Например, МРТ обычно используется для изучения мозговой активности , но ее скорость недостаточна для регистрации динамики мозга. ЭЭГ является благоприятной альтернативой технологии МРТ, однако ее далеко неоптимальное пространственное разрешение является серьезным препятствием для ее широкого использования для визуализации.

Также проводилась электрофизиологическая визуализация источника, при которой записи ЭЭГ скальпа передаются обратно в мозг с использованием обработки сигналов и машинного обучения для реконструкции динамических картин активности мозга с течением времени. Хотя визуализация источника ЭЭГ, как правило, дешевле и быстрее, пользователям требуется специальная подготовка и опыт для выбора и настройки параметров для каждой записи. В новой опубликованной работе Хе и его группа представляют первую в своем роде методологию динамической визуализации мозга на основе ИИ, которая обладает потенциалом точного и быстрого отображения динамики нейронных цепей.

«В рамках многолетних усилий по разработке инновационных, неинвазивных функциональных решений для нейровизуализации я работаю над технологией динамической визуализации мозга, которая может обеспечить точность, быть эффективной и простой в использовании, чтобы лучше служить врачам и исследователям», сказал Бин Хэ, профессор биомедицинской инженерии в Университете Карнеги-Меллона.

Он продолжает: «Наша группа первой достигла цели, внедрив ИИ и многомасштабные модели мозга. Используя нейронные сети, вдохновленные биофизикой, мы внедряем инновационный подход к глубокому обучению для обучения нейронной сети , которая может точно переводить сигналы ЭЭГ скальпа обратно в активность нейронных цепей в мозгу без вмешательства человека».

В исследовании Хе, которое недавно было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), эффективность этого нового подхода оценивалась путем визуализации сенсорных и когнитивных реакций мозга у 20 здоровых людей. Это также было тщательно подтверждено при выявлении эпилептогенной ткани в когорте из 20 пациентов с лекарственно-устойчивой эпилепсией путем сравнения результатов неинвазивной визуализации на основе ИИ с инвазивными измерениями и результатами хирургической резекции.

С точки зрения результатов, новый подход ИИ превзошел традиционные методы визуализации источника, когда учитывались точность и вычислительная эффективность.

«С этим новым подходом вам нужно только централизованное место для моделирования мозга и обучения глубокой нейронной сети», — пояснил Хе. «После сбора данных в клинических или исследовательских условиях клиницисты и исследователи могут удаленно отправлять данные в централизованные хорошо обученные глубокие нейронные сети и быстро получать точные результаты анализа. Эта технология может ускорить диагностику и помочь неврологам и нейрохирургам в проведении более качественных и быстрых хирургических планирование».

В качестве следующего шага группа планирует провести более крупные клинические испытания, чтобы приблизить исследование к клиническому внедрению.

«Цель состоит в том, чтобы создать эффективную и действенную динамическую визуализацию мозга с простой операцией и низкой стоимостью», — пояснил Хе. «Эта технология визуализации источника мозга на основе искусственного интеллекта делает это возможным».