BioScience Blog – Научный Биологический блог

Интерфейс мозг-компьютер (ИМК) предоставляет человеку возможность управлять внешними техническими устройствами (компьютеры, движущиеся объекты, протезы), используя электрические сигналы коры головного мозга. В основу работы одной из важных разновидностей такого интерфейса (парадигма Фаруэлла-Дончина, далее ИМК-ФД) положен анализ ответов мозга на предъявление человеку зрительных стимулов различной значимости. Известно, что, если испытуемому дать задание, в котором он должен реагировать на редко предъявляемые стимулы («одболл-парадигма»), то возникающие в ответ на редкие стимулы электрические потенциалы мозга, связанные с событиями (ПСС), будут отличаться от ответов на более частые и не требующие реакции стимулы наличием позитивного компонента, имеющего латентность 300 мс и более (волна РЗОО). В классическом ИМК этого типа используется таблица, включающая буквы и ряд других символов. Испытуемый считает или мысленно отмечает подсветки того символа, который он хочет ввести с помощью интерфейса («целевой символ»). ИМК-ФД анализирует усредненные потенциалы мозга в ответ на подсветки разных рядов и вычисляет, на каком именно стимуле концентрировался испытуемый. Обычно считается, что при этом используется только волна РЗОО. В последние годы некоторые исследователи отмечали, что распознаванию целевых символов могут помогать и более ранние компоненты, но этот вопрос специально не изучался.

В исследовании, проведенном на 10 испытуемых, мы проанализировали амплитуды как волны РЗОО, так и негативного компонента с латентностью 170-250 мс (N1) для целевых и нецелевых стимулов в ИМК-ФД и в «одболл-парадигме». Амплитуда РЗОО была несколько ниже в ИМК-ФД, чем в «одболле», однако компонент N1 в ИМК-ФД

был выражен, напротив, значительно больше, чем в «одболде». Компонент N1 в ИМК-ФД оказался наиболее выраженным в латеральных затылочных и заднетеменных областях. Далее, при сравнении стандартного цветового режима стимульной среды (черный фон, светло-серые буквы и «подсветки» их белым цветом) с «инвертированным» режимом с низкой контрастностью стимулов (светло-серый фон, серые буквы и «подсветка» их в виде небольшого потемнения) не было обнаружено существенных различий обоих компонентов. В связи с этим представляется маловероятным, что наблюдавшиеся особенности ПСС в ИМК-ФД определялись лишь более мощным сенсорным притоком при подсветке целевых символов, когда взгляд фиксируется на них.

Наши данные позволяют высказать сомнения в том, что данная парадигма ИМК не имеет существенных отличий от классической зрительной «одболл-парадигмы», где предъявление стимулов происходит в одной точке в центре поля зрения. Как известно, в зрительных задачах может наблюдаться разновидность компонента N1 с локализацией как раз в затылочных и заднетеменных областях, отражающая процессы, связанные с пространственным вниманием. Такое внимание может включаться именно в парадигме ИМК-ФД, но не в обычной «одболл-парадигме». ИМК, настроенный с учетом топографии как РЗОО, так и N1, позволил каждому из наших испытуемых в конце эксперимента вводить придуманные ими слова, при этом число ошибок, как правило, было минимальным. Последующий анализ показал, что без компонента N1 число ошибок у большинства испытуемых значительно возросло бы (у некоторых – многократно). Дальнейшее уточнение характеристик N1 в ИМК-ФД может, по-видимому, позволить еще увеличить точность и скорость работы в ИМК.