Российские ученые научили ИИ моделировать работу мозга по движению глаз
Российские учёные научились «видеть» мозг через движения глаз. Это новый этап в диагностике человеческого состояния и здоровья.
Взгляд как зеркало нейронов
В Санкт-Петербургском кампусе Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» группа учёных совершила открытие. Им удалось, используя методы искусственного интеллекта, установить устойчивую и предсказуемую связь между двумя, казалось бы, разными процессами: движением глаз и электрической активностью мозга. Этот алгоритм способен по данным электроэнцефалограммы смоделировать траекторию взгляда и наоборот.
Результаты исследования, опубликованные в авторитетном журнале Science Progress, открывают практические возможности для более ранней и точной диагностики целого ряда неврологических состояний — от болезни Альцгеймера до расстройств аутистического спектра.
Поиск ранних маркеров
В эксперименте приняли участие 40 добровольцев. Им предложили читать текст, в то время как специальное оборудование параллельно фиксировало два потока данных: классическую электроэнцефалограмму (ЭЭГ) с помощью шлема с датчиками и движения глаз (айтрекинг) с помощью высокоточных камер. Основной научный вопрос заключался в следующем: могут ли алгоритмы машинного обучения, проанализировав один из этих сигналов, с высокой точностью реконструировать другой?
Ответ оказался положительным. ИИ продемонстрировал, что связь не только существует, но и является инструментально измеримой. Например, по данным ЭЭГ, особенно по альфа-ритму в затылочной области мозга, отвечающей за обработку зрительной информации, алгоритм с точностью до 95% мог определить скорость чтения человека, а с точностью 89% — оценить степень понимания текста. Обратная задача — использование данных айтрекинга для моделирования мозговой активности — также оказалась решаемой. Более того, траектория взгляда с ювелирной точностью выявила, на каких конкретных словах или фразах читатель задерживался дольше всего, что является прямым индикатором когнитивных усилий, удивления или сложности восприятия.
Для кого это важно
Значимость этого открытия невозможно переоценить для клинической медицины и нейронаук. Сегодня диагностика многих нейродегенеративных заболеваний (болезней Альцгеймера, Паркинсона) и психиатрических расстройств (РАС, СДВГ) представляет собой длительный и комплексный процесс, включающий опросы, тестирование и дорогостоящие обследования (МРТ, ПЭТ).
Метод, предложенный российскими учёными, предлагает потенциально более простой и неинвазивный протокол скрининга. Нарушения в характерных паттернах движения глаз (саккад и фиксаций) давно известны как ранние маркеры этих болезней. Теперь, установив их чёткую цифровую корреляцию с конкретными ритмами ЭЭГ, можно создать автоматизированные системы анализа. Такие системы смогут на основе короткой сессии чтения с айтрекингом или даже упрощённой ЭЭГ давать врачу объективные, количественные данные о возможных отклонениях, помогая поставить диагноз на более ранней, доклинической стадии.
Для пациентов и их семей
Ранняя и точная диагностика — это ключ к более эффективному управлению заболеванием. Раннее начало терапии, реабилитационных программ или корректирующих занятий при аутизме может кардинально улучшить качество жизни человека. Кроме того, неинвазивность и относительная простота метода (особенно айтрекинга) снижают стресс от обследования, что критически важно для детей и пожилых людей.
Это открытие — новый мощный инструмент для исследования человеческого сознания. Оно позволяет проводить исследования в более естественных, «полевых» условиях. Тяжёлый и чувствительный электроэнцефалограф трудно использовать в школе, на рабочем месте или дома. А вот очки или панель для айтрекинга — вполне. Теперь, зная точные корреляции, учёные могут, отслеживая лишь движение глаз во время решения задач, общения или игры, с высокой долей уверенности судить о вовлечённости различных зон мозга, уровне концентрации или эмоциональной реакции.
Перспективы для России и мира
Разработка учёных НИУ ВШЭ — это готовый фундамент для создания целого класса новых медицинских и исследовательских технологий.
В России это открытие может стать основой для импортозамещающих решений в сфере высокотехнологичной медицины. Оно полностью соответствует задачам достижения технологического суверенитета в критически важных областях. На его базе могут быть разработаны отечественные программно-аппаратные комплексы для поликлиник, неврологических центров и научных лабораторий. Такие системы, сочетающие в себе доступную аппаратуру для айтрекинга и мощные российские алгоритмы ИИ для анализа, будут востребованы по всей стране — от крупных мегаполисов до региональных центров.
На глобальном уровне исследование вносит существенный вклад в мировую нейронауку и развитие «цифровой медицины».
