Martin Kysilka, 13. LISTOPADU 2017

Co to je: Z mozkové činnosti lze vyčíst, na co člověk zrovna myslí a dokonce i co vidí. Abychom ale mohli nahlédnout do této části mozku, budeme potřebovat speciální program umělé inteligence.

Vědci z Purdue univerzity vyvinuli systém, který za pomocí MRI mozkových skenů (technologie čtoucí myšlenky) v reálném čase promítá to, co člověk právě vidí. Vědci navázali na předešlý výzkum z UC Berkeley Gallant Lab, ze kterého v roce 2011 vzešel počítačový program, jenž přeložil mozkové vlny do série obrázců. Ty věrně zachycovaly vidění testovaného člověka. Nyní systém dekóduje i pohybující se obrazy.

Konvoluční neuronové sítě spadají do skupiny algoritmů takzvaného „hlubokého učení“ (deep learning). Doposud byly „pouze“ schopné detekovat, jak lidský mozek reaguje na statické obrazy. V novém výzkumu byly však poprvé využity pro monitorování toho, jak mozek reaguje na videa přirozených scén. Z jednotlivých dekódovaných obrazců byli vědci dokonce i schopni určit to, jak si daný subjekt zobrazené objekty interpretuje. „Konvoluční neuronová síť zásadně ovlivnila celou oblast počítačového vidění (computer vision). Naše metoda využívá neuronovou síť k tomu, abychom se dozvěděli, co zrovna vidíte“ vysvětluje vedoucí týmu profesor Liou Čung-ming.

Program zanalyzoval 11 hodin materiálu z fMRI (funkční magnetická rezonance) – moderní zobrazovací metoda sloužící k funkčnímu zobrazování mozku, resp. mapování mozkové odezvy na vnější či vnitřní podnět. Testovanými byly tři ženy, které sledovaly 972 videí, která zachycovala lidi, zvířata a různé přírodní scenérie v pohybu. Vědci na těchto materiálech neuronovou síť vytrénovali. Neuronová síť následně dekódovala další údaje z fMRI skenů, jež zachycovaly videa s obsahem, s jakým se síť doposud nesetkala. Síť však údaje úspěšně dekódovala a zařadila do konkrétních kategorií. Vědci to ověřili tak, že jednotlivé videoklipy porovnali s interpretací předmětných fMRI skenů počítačem.

Horní řada ukazuje reálné snímky videa spatřené subjektem. Dolní řada ukazuje rekonstrukci snímků z kortikálních fMRI mozkových reakcí subjektu na video. 

Tato metoda také odhalila, jaká část mozku se aktivuje při spatření specifické informace. Například ve scéně, ve které se vyskytuje auto a budova, si jedna část mozku představovala auto a jiná zase budovu. Mozek si následně tuto vizuální scénu opět spojil dohromady, což umožnilo její plné pochopení testovaným subjektem.

Dopad: I když výsledné obrazy nejsou dokonalé, je tento objev velkým krokem vpřed k porozumění toho, jak funguje lidský mozek. Tyto nové poznatky nám umožní vyvinout skvělé terapeutické systémy a funkční BCI rozhraní (BCI – propojení mozku s počítačem).

Ve srovnání s podobnými systémy pro snímání mozkové aktivity, které jsou umožneny prostřednictvím stimulujících elektrod, je metoda fMRI minimálně invazivní. I proto by její pokrok mohl být v porovnání s jinými systémy značně rychlejší.