Математики придумали, как легко находить сбои в работе мозга

Ученые из Университета Иннополис в Татарстане привлекли искусственные нейронные сети для обнаружения патологий головного мозга. Результаты исследования  опубликованы  в журнале Chaos.

Мозг живых существ, и человека в том числе, — сложная природная система. Связи между разными отделами головного мозга и органами чувств осуществляются через нейронные сети — сложную систему взаимосвязанных и обменивающихся сигналами специализированных клеток (нейронов).

Эффективная передача сигналов в нейронных сетях является залогом нормальной работы мозга, отвечающего за двигательные и когнитивные функции организма. Любая проблема с прохождением сигнала приводит к возникновению нейрофизиологических расстройств.

Нейросеть запоминает признаки «правильной» работы мозга и сигнализирует отклонения.

В каком именно месте нервная система дает сбой, определить не так просто. И здесь на помощь нейрофизиологам приходят математики и специалисты по искусственному интеллекту, занимающиеся разработкой искусственных нейронных сетей — математических моделей, построенных по аналогии с работой мозга.

Ученые из лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Университета Иннополис решили выяснить, можно ли обнаружить с помощью математических моделей сбои в работе мозга. Для анализа сигналов электрической активности между областями головного мозга они использовали искусственные нейронные сети прямого распространения. В них информационный сигнал проходит напрямую от входных нейронов, которые принимают информацию, к выходным.

Подопытным крысам имплантировали электроды, фиксирующие сигналы между корой головного мозга и таламусом — отделом мозга, в котором происходит анализ, отбор и передача в кору мозга сигналов, получаемых от всех органов чувств, кроме обоняния. Нарушения связи между этими отделами часто приводят к таким заболеваниям, как эпилепсия, болезни Паркинсона и Альцгеймера.

Сигналы интенсивнее во время приступов эпилепсии. Значит, их вызывает сбой в нейронных связях между корой головного мозга и таламусом.

Полученные сигналы обработали математически. Выяснилось, что они становились интенсивнее во время приступов эпилепсии. Значит, их вызывает именно сбой в нейронных связях между корой головного мозга и таламусом.

Удачный эксперимент позволяет надеяться, что весьма удобный в применении и не требующий больших вычислительных затрат метод искусственных нейронных сетей можно будет использовать на практике, в том числе для обнаружения патологий головного мозга, а также для других видов биологических и нейрофизиологических исследований.

Эксперимент позволяет надеяться на использование метода на практике для обнаружения патологии головного мозга.

Исследование проводилось совместно с учеными из института физиологии Мюнстерского университета (Германия) в рамках гранта президентской программы Российского научного фонда по поддержке лабораторий мирового уровня.