​Как искусственные нейроны помогают управлять живыми

Специалисты по нейросетям из Массачусетского технологического института создали и протестировали на животных компьютерные модели, имитирующие работу зрительной коры мозга.

Модели обучались на более чем 1 миллионе изображений: на вход подавалось размеченная картинка с указанием самого важного объекта на ней, а модель по разметке училась распознавать, что на изображении - стул или самолет. Так ученые определили, что в ответ на одно и то же изображение искусственные нейроны генерируют сигналы, схожие с сигналами нейронов зрительной коры.

А можно ли с помощью этих моделей контролировать нейронную активность коры головного мозга? Для ответа на этот вопрос ученые сопоставили активность нейронов модели и нейронов животных в ответ на изображения и составили карту поля V4 зрительной коры, которое отвечает за восприятие цветов. Каждому нейрону соответствовал узел компьютерной модели. Но поскольку в зоне V4 миллионы нейронов, карты были составлены для групп из 5-40 нейронов.

Затем ученые попытались использовать предсказания полученной модели, чтобы управлять активностью нейронов зрительной коры мозга. Первой целью было создать изображение, на которое нейрон отреагировал бы сильнее, чем на обычную картинку. Эти искусственные картинки были созданы моделями и не были похожи ни на какие реальные объекты.

В результате, на эти изображения нейроны отреагировали в среднем на 40% активнее. Это первый случай подобного управления активностью нейронов. Кроме того, ученым удалось создать изображение, которое повысило активность целевого нейрона, снизив при этом реакцию соседних.

Модели также использовали, чтобы предсказать реакцию нейронов мозга на искусственные изображения. Точность предсказаний составила около 54%. Сейчас ученые стремятся приблизить этот показатель к точности предсказаний моделей на реальных изображениях, которая доходит до 90%.

В будущем управление нейронами мозга может помочь в лечении расстройств настроения, например депрессии. Сейчас ученые расширяют свою модель до височной доли, в которой есть миндалина, участвующая в эмоциональных реакциях.

Ксения Михайлова