Jedes Mal, wenn Sie die Augen öffnen , visuelle Informationsfluss in Ihrem Gehirn , die interpretiert , was Sie sehen . Nun , zum ersten Mal , MIT Neurowissenschaftler noninvasively abgebildet dieses Informationsflusses im menschlichen Gehirn mit einzigartigen Genauigkeit , mit Hilfe eines neuartigen Hirnscanning.
Diese Technik, die zwei bestehende Technologien kombiniert , ermöglicht es den Forschern , exakt zu identifizieren sowohl der Ort und Zeitpunkt der menschlichen Hirnaktivität . Mit diesem neuen Ansatz , die MIT-Forscher gescannt Gehirn des Einzelnen , als sie sah verschiedene Bilder und waren in der Lage zu lokalisieren , auf die Millisekunde , wenn das Gehirn erkennt und kategorisiert ein Objekt , und in denen diese Prozesse ablaufen .
" Diese Methode gibt Ihnen eine Visualisierung des 'wann' und ' wo ' zur gleichen Zeit . Es ist ein Fenster in die Prozesse an die Millisekunde und Millimeterskala ", sagt Aude Oliva , Principal Research Scientist in MIT Computer Science und Artificial Intelligence Laboratory ( CSAIL ) .
Oliva ist der leitende Autor der ein Papier mit den Feststellungen in der 26. Januar Ausgabe von Nature Neuroscience. Lead-Autor des Papiers ist CSAIL Postdoc Radoslaw Cichy . Dimitrios Pantazis , ein Wissenschaftler am MIT McGovern Institut für Hirnforschung , ist auch Autor des Papiers.
Wann und wo
Bisher haben die Wissenschaftler in der Lage, den Ort oder die Zeitsteuerung der menschlichen Hirnaktivität bei hoher Auflösung zu beobachten , jedoch nicht beide , da verschiedene bildgebende Verfahren nicht leicht zusammen. Die am häufigsten verwendete Art von Gehirn-Scan , die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) , misst Veränderungen im Blutfluss , aufschlussreich , die Teile des Gehirns in einer bestimmten Aufgabe beteiligt. Sie funktioniert aber zu langsam, um mit Millisekunden -by- Millisekunden- Dynamik des Gehirns mithalten .
Eine weitere bildgebende Verfahren , wie Magnetenzephalographie (MEG) bekannt ist, verwendet ein Array von Hunderten von Sensoren umgibt den Kopf von neuronaler Aktivität im Gehirn erzeugten Magnetfelder zu messen. Diese Sensoren bieten eine dynamische Porträt der Hirnaktivität im Laufe der Zeit bis auf die Millisekunde , aber nicht die genaue Lage der Signale zu erzählen.
Um die durch diese beiden Scanner erzeugten Zeit- und Ortsinformationen verbinden , verwendeten die Forscher eine rechnerische Technik namens Repräsentationsähnlichkeitsanalyse, die auf der Tatsache, dass zwei ähnliche Objekte (zB zwei menschlichen Gesichtern ), die in fMRI ähnliche Signale zu provozieren auch zu ähnlichen stützt Signale in MEG . Diese Methode bereits verwendet wurde , um mit fMRI -Aufnahmen von neuronalen elektrischen Aktivität bei Affen zu verknüpfen , aber die MIT-Forscher sind die ersten, die es verwenden, um fMRI und MEG Daten von Versuchspersonen zu verbinden.
In der Studie, die Forscher gescannt 16 Freiwilligen , wie sie in einer Reihe von 92 Bildern , darunter Gesichter , Tiere und natürliche und künstliche gegenstände sah . Jedes Bild wurde für eine halbe Sekunde gezeigt .
"Wir wollten zu messen, wie visuelle Informationen durch das Gehirn fließt . Es ist nur reine automatische Maschinen, die jedes Mal, wenn Sie die Augen öffnen beginnt , und es ist unglaublich schnell, " sagt Cichy . "Dies ist ein sehr komplexer Prozess , und wir haben noch nicht bei höheren kognitiven Prozesse , die später kommen , wie unter Hinweis auf Gedanken und Erinnerungen , wenn Sie gerade Objekte sah . "
Jeder Proband unterzog die Testmehrmals- zwei Mal in einem fMRI -Scanner und zweimal in einer MEG -Scanner - geben den Forschern eine riesige Menge von Daten über den Zeitpunkt und den Ort der Gehirnaktivität . Alle von der Scan-Vorgang wurde an der Athinoula A. Martinos Imaging Center an der McGovern Institute durchgeführt .
Millisekunde von Millisekunden
Durch die Analyse dieser Daten stellten die Forscher eine Zeitleiste der Objekterkennungs Weg des Gehirns , die sehr ähnlich wie die zuvor von der Aufnahme elektrischer Signale im visuellen Kortex von Affen, eine Technik, die sehr genau, aber zu invasiv der Verwendung beim Menschen ist erzielten Ergebnisse ist .
Etwa 50 Millisekunden nach Themen sah ein Bild , visuelle Informationen eingegeben einen Teil des Gehirns, der Sehrinde , oder V1 , die Grundelemente einer Form, wie etwa, ob sie rund oder länglich erkennt . Die Informationen, dann flossen inferotemporalen Kortex , wo das Gehirn identifiziert das Objekt, so früh wie 120 Millisekunden. Innerhalb 160 Millisekunden waren alle Objekte in Kategorien wie Pflanzen- oder Tier klassifiziert.
Die Strategie des MIT Teams " bietet eine umfassende neue Quelle der Beweise zu diesem hoch dynamischen Prozess ", sagt Nikolaus Kriegeskorte , ein Principal Investigator in Kognition und Neurowissenschaften an der Universität Cambridge .
"Die Kombination von MEG und fMRI beim Menschen kein Ersatz für invasive Tierstudien mit Techniken , die gleichzeitig eine hohe räumliche und zeitliche Präzision , aber Cichy et al. Näher gekommen Charakterisierung der dynamischen Entstehung Repräsentations Geometrien über Stufen der Verarbeitung in den Menschen als alle früheren Arbeiten . der Ansatz wird nützlich für zukünftige Studien aufzuklären andere Wahrnehmungs- und kognitiven Prozessen ", sagt Kriegeskorte , die nicht Teil des Forschungsteams war .
Die MIT-Forscher sind jetzt mit Repräsentationsähnlichkeitsanalyse, um die Genauigkeit von Computermodellen des Sehvermögens durch den Vergleich Gehirn-Scan -Daten mit der Modelle Vorhersagen , wie Vision arbeitet studieren.
Mit diesem Ansatz soll die Wissenschaftler auch in der Lage zu untersuchen, wie das menschliche Gehirn analysiert andere Arten von Informationen , wie Motor , verbale oder sensorische Signale zu sein, sagen die Forscher. Es könnte auch Aufschluss über Prozesse, die Erkrankungen wie Gedächtnisstörungen oder zugrunde liegen Dyslexie Und könnten Patienten mit Lähmungen oder neurodegenerativen Erkrankungen profitieren.
"Dies ist das erste Mal, dass MEG und fMRI auf diese Weise verbunden , so dass wir eine einzigartige Perspektive ", sagt Pantazis . "Wir haben jetzt die Werkzeuge, um genau abzubilden Gehirnfunktion sowohl in Raum und Zeit , eröffnen sich enorme Möglichkeiten, das menschliche Gehirn zu studieren. "