Разработан новый способ анализа активности головного мозга человека

Специалистами Отдела перспективных информационных технологий (ИМПБ РАН) был создан уникальный метод томографического анализа, который повысит эффективность изучения активности головного мозга. Причем метод применим как в широкой полосе экстремально высоких, так и низких частот.

Магнитоэнцефалография (МЭГ) — передовая биотехнология, направленная на исследование особенностей функционирования человеческого мозга. Однако существуют некоторые факторы, затрудняющие анализ сведений, которые получены при использовании МЭГ. К таковым относится синхронность мозговой активности, подразумевающая одновременное осуществление миллионов событий, которые происходят в нейросети. Еще один затрудняющий фактор — существование огромного количества нейронных морфологий. Это становится причиной генерирования при активности разных конфигураций электромагнитных полей.

В процессе поиска решения существующей проблемы специалисты ИМПБ РАН разработали инновационный метод, который представляет мозговую активность в виде набора элементарных когерентных осцилляций. Технология основывается на использовании преобразования Фурье, которое обладает высокой точностью в долгосрочном многоканальном временном ряде. Также применяется последующий анализ спектральных компонент, полученных в ходе предшествующего вычисления.

Выработанный метод уже апробировали на моделях (расчетных, физических). Вдобавок разработанное ПО применили «вслепую» для расчета функциональных томограмм на десятерых участниках эксперимента. МЭГ записывали в Центре нейромагнетизма медфака Нью-Йоркского университета.

Для оценивания разработанного метода выбрали альфа-ритм, основываясь на его хорошей изученности. Использование «вслепую» исключало возможность применения априорной информации для решения определенной задачи. По предположениям ученых, принимавших участие в исследовании, существенная доля МЭГ-сигналов в частотной полосе альфа-ритма представляется в форме суммы эквивалентных токовых диполей, а все когерентные осцилляции были описаны одним диполем.

Когда первоначальную МЭГ разделили на набор когерентных элементарных осцилляций, обратную задачу решили для каждого, отдельно взятого, осцилляционного паттерна. Энергию осцилляции соотнесли с расположением диполя в пространстве. Входная МЭГ отклоняется от восстановленной с помощью преобразования всего на 10-20 пунктов. Это свидетельствует о том, что разработанную технологию можно применять для исследования спонтанных мозговых активностей человека.

По мнению редакции портала новостей «Центропресс», важное преимущество созданного метода заключается в полноценном использовании зарегистрированных данных. Наблюдается строгое соответствие парциального спектра каждой точке в пространстве функциональной томограммы. По ним можно восстановить временной ряд источников, которые были локализованы в указанной точке.

Выработанная методика позволяет более эффективно изучать, как коррелируют различные области человеческого головного мозга. Разрешение в методике составляет миллисекунды, что свидетельствует о высокоточной реконструкции временной зависимости и пространственном структурировании мозговой активности. Специалисты отдела сформировали предпосылки для развития новой методики диагностики, применяемой в медицине, по которому анализ персональных МЭГ может быть использован для моделирования или реконструкции мозговой структуры человека.