Исследователи из Балтийского федерального университета имени И. Канта и Университета Иннополис применили алгоритмы машинного обучения, чтобы изучить, как с годами меняется взаимодействие между различными зонами головного мозга. Анализ показал, что у людей старшего возраста даже при выполнении привычных, простых действий наблюдается повышенная активность в нейронных сетях, связанных с планированием и обучением. Это свидетельствует о том, что пожилым людям сложнее не только осваивать новые двигательные навыки, но и поддерживать уже существующие. Полученные выводы могут лечь в основу практических рекомендаций по поддержанию когнитивных и моторных функций в пожилом возрасте. Работа была выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ), а ее результаты опубликованы в научном журнале Sensors.
Что такое функциональная связность мозга и почему она важна?
Слаженная работа мозга обеспечивается постоянным обменом электрическими сигналами между миллиардами нейронов. Эта согласованная активность разных его областей называется функциональной связностью. Нарушения таких связей являются характерным признаком ряда неврологических заболеваний, включая аутизм, болезнь Альцгеймера и рассеянный склероз. Особенно уязвимыми оказываются связи между удаленными друг от друга отделами, например, между зонами, ответственными за движение и за высшие когнитивные функции (память, внимание). Это может затруднять процесс обучения новому. Кроме того, функциональные связи естественным образом изменяются и ослабевают с возрастом.
На иллюстрации: (A) Схема проведения эксперимента; (B) Расположение электродов для ЭЭГ; (С) Пример записи мозговой активности в тета-диапазоне; (D) Модель, отображающая функциональные связи между отделами мозга.
Как проходило исследование?
Ученые создали и обучили специальную нейросеть, способную оценивать силу функциональных связей в мозге людей разных возрастных групп. В эксперименте участвовали две группы: десять молодых и десять пожилых добровольцев. На их головах закрепили пятнадцать датчиков для снятия электроэнцефалограммы (ЭЭГ).
Обратите внимание: Взаимосвязь между ВАШИМ ВОЗРАСТОМ и УСПЕХОМ.
Основное внимание исследователи уделили активности теменной и лобной долей, а также двигательной коры — ключевым областям, которые интегрируют сенсорную информацию и управляют движениями. Активность мозга записывали в двух состояниях: в покое и во время выполнения повторяющегося задания — сжатия и расслабления кулака по сигналу.Что показал анализ с помощью нейросети?
Нейросеть глубокого обучения проанализировала полученные ЭЭГ-данные и оценила силу связей между моторными и сенсорными зонами коры. Результаты выявили четкие различия между возрастными группами. У пожилых участников при выполнении простого движения рукой наблюдалась повышенная активность в медленном тета-ритме, который обычно ассоциируется с процессами обучения и выполнения новых задач. Исследователи связывают это со снижением нейропластичности — способности мозга к перестройке и адаптации. Похоже, что с возрастом для выполнения даже хорошо знакомых действий мозгу приходится задействовать больше ресурсов и нейронных цепей.
В то же время у молодых людей функциональные связи между отделами мозга были сильнее и стабильнее. При выполнении движений они в большей степени полагались на отработанные моторные программы (память), поэтому активность в частотах, связанных с планированием, у них была ниже. Это наглядно подтверждает гипотезу о том, что с возрастом приобретение новых двигательных навыков дается труднее, а для выполнения повседневных действий требуется больше умственных усилий.
«Наша модель функциональной связности хорошо согласуется с современными научными представлениями о том, как здоровое старение влияет на активацию нейронных сетей. В перспективе мы планируем изучить не только сенсомоторные, но и другие типы взаимодействий между нейронами в мозге», — комментирует Елена Пицик, младший научный сотрудник Балтийского центра нейротехнологий и искусственного интеллекта.
#наука и образование #нейросеть #искусственный интеллект #наука
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.
Источник: Нейросеть помогла диагностировать ослабление связей между отделами мозга.