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.
Владимир Косоногов - руководитель Лаборатории психофизиологии эмоций, кандидат психологических наукЛюбые психофизиологические отклонения, которые мы видим по результатам тестирований, в дальнейшем могут указывать на наличие заболеваний. Например, с помощью айтрекинга можно предположить расстройство аутистического спектра. Это известный феномен: пациенты с РАС избегают зрительного контакта
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».