Het vermogen om gedachten in een of andere vorm te beheersen, is op grote schaal gebruikt door de auteurs van talloze sciencefictionromans. Maar recentelijk behoort visualisatie van mentale beelden niet langer tot het rijk van de fantasie.
In het begin van de jaren 2000 werden met fMRI de eerste pogingen gedaan om "retinotopie om te keren" (retinotopie is een geordende projectie van het netvlies op het visuele gebied van de hersenschors). Aanvankelijk waren de pogingen nogal timide: de proefpersonen kregen afbeeldingen te zien en namen tegelijkertijd gegevens over de activiteit van verschillende hersenregio's met behulp van fMRI. Nadat ze de nodige statistieken hadden verzameld, probeerden de onderzoekers het omgekeerde probleem op te lossen - om te raden waar iemand naar kijkt met behulp van de kaart van hersenactiviteit.
Op eenvoudige plaatjes, waar de hoofdrol werd gespeeld door ruimtelijke oriëntatie, de locatie van objecten of hun categorie, werkte alles redelijk goed, maar het was nog ver verwijderd van "technische telepathie". Maar in 2008 probeerden wetenschappers van het Institute of Neurosciences van de University of California in Berkeley, onder leiding van professor psychologie Jack Gallant, deze truc uit te voeren met foto's. Ze verdeelden het studiegebied van de hersenen in kleine elementen - voxels (elementen van een volumetrisch beeld) - en volgden hun activiteit terwijl de proefpersonen (in hun rol werden gespeeld door twee auteurs van het werk) 1.750 verschillende foto's te zien kregen.
Op basis van deze gegevens bouwden de wetenschappers een computermodel, dat ze "trainden" door 1000 andere foto's te laten zien en 1000 verschillende voxel-activeringspatronen als output te ontvangen. Het bleek dat door dezelfde 1000 foto's aan de proefpersonen te laten zien en de patronen uit hun hersenen te vergelijken met die voorspeld door de computer, het mogelijk is met een vrij hoge nauwkeurigheid (tot 82%) te bepalen naar welke foto iemand kijkt.
Promotie video:
Bewegende beelden
In 2011 bereikte een team van onderzoekers onder leiding van dezelfde professor Gallant van de University of California in Berkeley significant interessantere resultaten. Door proefpersonen 7.200 seconden aan "training" -filmpjes te laten zien, bestudeerden de onderzoekers de activiteit van meerdere hersenvoxels met behulp van fMRI. Maar hier worden ze geconfronteerd met een serieus probleem: fMRI reageert op de opname van zuurstof door hersenweefsels - hemodynamica, wat een veel langzamer proces is dan veranderingen in zenuwsignalen. Voor het bestuderen van de reactie op stilstaande beelden maakt het eigenlijk niet uit - een foto kan een paar seconden worden getoond, maar bij dynamische video's ontstaan serieuze problemen. Daarom hebben wetenschappers een tweetrapsmodel gemaakt,die langzame hemodynamica en snelle neurale processen van visuele waarneming met elkaar verbindt.
Na het bouwen van een eerste computermodel van de 'reactie' van de hersenen op verschillende video's, hebben de onderzoekers het getraind met 18 miljoen video's van één seconde willekeurig geselecteerd van YouTube. Vervolgens kregen de proefpersonen 'test'-films te zien (anders dan' training'-films), waarbij ze hersenactiviteit bestudeerden met behulp van fMRI, en de computer koos uit deze 18 miljoen honderden clips die het dichtstbijzijnde activiteitspatroon veroorzaakten, waarna hij het gemiddelde nam van het beeld op deze clips en het 'gemiddelde resultaat". De correlatie (toeval) tussen het beeld dat de persoon ziet en het beeld dat door de computer wordt gegenereerd, was ongeveer 30%. Maar voor de eerste "gedachtenlezing" is dit een heel goed resultaat.
Slaap in de hand
Maar de prestaties van Japanse onderzoekers aan het Neuroscience Laboratory van het Telecommunications Research Institute in Kyoto, het Science and Technology Institute in Nara en het National Institute of Information and Communication Technology in Kyoto lijken veel belangrijker te zijn. In mei 2013 publiceerden ze Neural Decoding of Visual Images during Sleep in Science. Ja, wetenschappers hebben geleerd te dromen. Om precies te zijn, niet om te zien, maar om te bespioneren!
Er zijn verschillende manieren om te "zien" wat er in de hersenen van een levend persoon gebeurt. Elektro-encefalografie (EEG) maakt gebruik van metingen van zwakke elektrische potentialen aan het oppervlak van de hoofdhuid, terwijl magneto-encefalografie (MEG) zeer zwakke magnetische velden registreert. Met deze methoden kunt u de totale elektrische activiteit van de hersenen volgen met een hoge temporele resolutie (eenheden van milliseconden). Positronemissietomografie (PET) stelt u in staat de activiteit van specifieke delen van de werkende hersenen te zien door eerder geïnjecteerde stoffen met radioactieve isotopen te volgen. De methode van functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) is gebaseerd op het feit dat oxyhemoglobine in het bloed dat zuurstof naar weefsels transporteert, in zijn magnetische eigenschappen verschilt van deoxyhemoglobine dat al zuurstof heeft opgegeven. FMRI kan worden gebruikt om de actieve delen van de hersenen te zienzuurstofabsorberend. De ruimtelijke resolutie van deze methode is millimeters, en de tijdelijke - in de orde van fracties van een seconde.
Door signalen van hersenactiviteit op te nemen met behulp van fMRI, werden drie proefpersonen gewekt (ongeveer 200 keer) in stadia van ondiepe slaap en gevraagd om de inhoud van de laatste droom te beschrijven. De belangrijkste categorieën werden geïdentificeerd uit de rapporten, die met behulp van de WordNet lexicale database werden gecombineerd in groepen van semantisch vergelijkbare termen (synsets), georganiseerd in hiërarchische structuren. FMRI-gegevens (negen seconden voor het ontwaken) werden gesorteerd op synset. Om het herkenningsmodel te trainen, kregen wakkere proefpersonen afbeeldingen te zien uit de ImageNet-database die overeenkomen met synsets, en werd een kaart van hersenactiviteit in de visuele cortex bestudeerd. Daarna kon de computer met een kans van 60-70% voorspellen wat iemand in een droom ziet op basis van de activiteit van verschillende hersenregio's. Dit geeft overigens dat aandat een persoon droomt met behulp van dezelfde gebieden van de visuele cortex die worden gebruikt voor normaal wakend zicht. Daarom zien we überhaupt dromen, kunnen wetenschappers nog niet zeggen.
Dmitry Mamontov
