Neue Technik erzeugt Bilder aus der Gehirnaktivität von Wahrnehmungen

Neurowissenschaftler an der Universität von Toronto, Scarborough, haben eine Bildgebungstechnik entwickelt, mit der Bilder von dem, was Menschen wahrnehmen, basierend auf ihrer durch das EEG gesammelten Gehirnaktivität rekonstruiert werden können.

Insbesondere ist das neue Verfahren in der Lage, Bilder, die von Testpersonen gesehen wurden, basierend auf Elektroenzephalographie (EEG) -Daten digital zu rekonstruieren.

„Wenn wir etwas sehen, erzeugt unser Gehirn eine mentale Wahrnehmung, die im Wesentlichen einen mentalen Eindruck von dieser Sache vermittelt. Wir konnten diese Wahrnehmung mithilfe des EEG erfassen, um direkt zu veranschaulichen, was während dieses Prozesses im Gehirn passiert “, sagt Dan Nemrodov, Postdoktorand im Labor von Adrian Nestor.

Für die Studie wurden Testpersonen, die an EEG-Geräte angeschlossen waren, Bilder von Gesichtern gezeigt. Ihre Gehirnaktivität wurde aufgezeichnet und dann verwendet, um das Bild im Kopf des Probanden mithilfe einer Technik, die auf Algorithmen für maschinelles Lernen basiert, digital wiederherzustellen.

Es ist nicht das erste Mal, dass Forscher Bilder basierend auf visuellen Reizen mithilfe von Neuroimaging-Techniken rekonstruieren konnten, da frühere Untersuchungen Gesichtsbilder aus der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) rekonstruiert haben. Diese neue Forschung ist jedoch die erste, die EEG-Daten verwendet.

Während Techniken wie fMRT, mit denen die Gehirnaktivität durch Erkennen von Veränderungen des Blutflusses gemessen wird, genauere Informationen über die Vorgänge in bestimmten Bereichen des Gehirns liefern können, verfügt das EEG über ein größeres praktisches Potenzial, da es im Vergleich häufiger, tragbarer und kostengünstiger ist.

Das EEG hat auch eine größere zeitliche Auflösung, was bedeutet, dass es detailliert messen kann, wie sich eine Wahrnehmung zeitlich bis auf Millisekunden entwickelt, erklärt Nemrodov.

„FMRI erfasst die Aktivität auf der Zeitskala von Sekunden, aber das EEG erfasst die Aktivität auf der Millisekunden-Skala. So können wir sehr detailliert sehen, wie sich die Wahrnehmung eines Gesichts in unserem Gehirn mithilfe des EEG entwickelt “, sagt er. Tatsächlich konnten die Forscher abschätzen, dass unser Gehirn etwa 170 Millisekunden (0,17 Sekunden) benötigt, um eine gute Darstellung eines Gesichts zu erhalten, das wir sehen.

Diese Studie bestätigt, dass das EEG Potenzial für diese Art von Bildrekonstruktionsnotizen Nemrodov hat, was viele Forscher aufgrund seiner offensichtlichen Einschränkungen für möglich hielten. Die Verwendung von EEG-Daten für die Bildrekonstruktion bietet aus neurotechnologischer Sicht ein großes theoretisches und praktisches Potenzial, insbesondere da sie relativ kostengünstig und tragbar sind.

In Bezug auf die nächsten Schritte wird derzeit daran gearbeitet, zu testen, wie eine auf EEG-Daten basierende Bildrekonstruktion mithilfe des Speichers durchgeführt und auf einen größeren Bereich von Objekten außerhalb von Gesichtern angewendet werden kann. Aber es könnte schließlich auch weitreichende klinische Anwendungen haben.

„Es könnte ein Kommunikationsmittel für Menschen sein, die nicht in der Lage sind, verbal zu kommunizieren. Es könnte nicht nur eine neuronale Rekonstruktion dessen erzeugen, was eine Person wahrnimmt, sondern auch dessen, woran sie sich erinnert und was sie sich ausdrücken möchte “, sagt Assistenzprofessor Adrian Nestor.

"Es könnte auch forensische Zwecke für die Strafverfolgung haben, um Augenzeugeninformationen über potenzielle Verdächtige zu sammeln, anstatt sich auf verbale Beschreibungen zu verlassen, die einem Skizzenkünstler zur Verfügung gestellt werden."

Die Forschung, die in der Zeitschrift veröffentlicht wird eNeurowurde vom kanadischen Forschungsrat für Naturwissenschaften und Ingenieurwesen (NSERC) und von einem Connaught New Researcher Award finanziert.

"Was wirklich aufregend ist, ist, dass wir keine Quadrate und Dreiecke rekonstruieren, sondern tatsächliche Bilder des Gesichts einer Person, und das beinhaltet viele feinkörnige visuelle Details", fügt Nestor hinzu.

„Die Tatsache, dass wir das, was jemand visuell erlebt, anhand seiner Gehirnaktivität rekonstruieren können, eröffnet viele Möglichkeiten. Es enthüllt den subjektiven Inhalt unseres Geistes und bietet eine Möglichkeit, auf den Inhalt unserer Wahrnehmung, unseres Gedächtnisses und unserer Vorstellungskraft zuzugreifen, ihn zu erforschen und ihn zu teilen. “

Quelle: Universität von Toronto