Чем своевременнее подкрепление, тем эффективнее нейрообратная связь
Ученые НИУ ВШЭ впервые в мире поставили эксперимент, в котором исследовали влияние задержки сигнала подкрепления на эффективность тренировки при нейрообратной связи (НОС). Они экспериментально доказали, что сокращение задержки в предъявлении сигнала подкрепления позволяет достоверно повысить эффективность нейрообратной связи. Это открывает новые перспективы по использованию НОС для саморегуляции, снижения тревожности и лечения неврологических расстройств. Исследование опубликовано в Journal of Neural Engineering.
Нейробратная связь (НОС) — это технология нейромодуляции, которая позволяет человеку настраивать параметры активности собственного мозга. НОС использует данные электроэнцефалографии (ЭЭГ), отражающие изменение потенциала электрического поля на поверхности головы человека. Параметры ЭЭГ предъявляются испытуемому в виде, например, визуального стимула (высоты столбика на экране, яркости экрана) вместе с заданием изменять эти параметры в желательном направлении. Сосредотачиваясь на сигнале НОС, испытуемый старается запомнить связь между параметром и своим состоянием. Это позволяет человеку «почувствовать» активность своего мозга и научиться ей управлять.
Предыдущие результаты исследователей из ВШЭ демонстрируют, что довольно часто сигнал подкрепления отстает во времени по отношению к изменениям в нейрональной активности, что ведет к неэффективному обучению и большому разбросу результатов НОС.
Для обеспечения доступа в область малых задержек учеными был разработан новый математический метод фильтрации ЭЭГ сигнала, дающий возможность быстрой оценки параметров ритмической активности мозга.
«Этот метод обеспечил нам доступ в ранее неизведанную область взаимодействия с мозгом при малых задержках ответов от внешней системы. Он позволил мозгу воспринимать искусственно созданную петлю обратной связи как часть собственной нейронной сети. Это качественный скачок, который открывает новую эру в исследовании парадигмы нейрообратной связи», - считает Алексей Осадчий, директор Центра биоэлектрических интерфейсов НИУ ВШЭ.
Воспользовавшись этой разработкой, ученые смогли впервые в мире поставить эксперимент, в котором исследуется влияние задержки сигнала подкрепления на эффективность тренировки в парадигме нейрообратной связи. 40 испытуемых учились увеличивать мощность собственного альфа-ритма на основе сигнала обратной связи, предъявляемого на экране компьютера.
Участники эксперимента были разделены на 4 группы. Испытуемые первой группы получали сигнал обратной связи с минимально достижимой на момент проведения задержкой в 240 мс. Сейчас ученым ВШЭ удается организовать петлю обратной связи с общей задержкой менее 110 мс. Сигнал обратной связи испытуемых во второй и третьей группах был искусственно задержан на 250 и 500 мс соответственно, а для испытуемых четвертой группы обратная связь вообще не была связана с активностью их головного мозга.
Оказалось, что испытуемые из группы с минимальной задержкой за меньшее число тренировок достигали определенной мощности альфа-ритма по сравнению с испытуемыми из других групп. Более того, анализ мощности альфа-ритма после тренировки показал, что только у испытуемых из группы с минимальной задержкой наблюдался сохранившийся прирост мощности ритма. Этот результат особенно важен, так как достижение устойчивых изменений — и есть результат НОС-тренинга.