根据大脑活动来重建大脑所感知的图像

多伦多大学斯卡伯勒分校(University of Toronto Scarborough)的神经科学家开发了一项新技术,可以根据脑电图(EEG)收集的大脑活动,重建人们所感知的图像。
该项技术由该校助理教授Adrian Nestor实验室的研究人员Dan Nemrodov开发,能够基于脑电图(EEG)数据以数字方式重建测试对象所看到的图像。
Nemrodov表示,“当我们看到某个物品时,我们的大脑会产生一种心理感知,这本质上是对事物的一种心理印象。我们能够利用脑电图捕捉到这种感觉,从而直接说明在此过程中大脑中发生了什么。”

通过(A)左半球电极(P5, P7, P9, PO3, PO7,和O1)和(B)右半球电极(P6, P8, P10, PO4, PO8,和O2)对54个面部的总平均 ERP 。头图显示 (A) N170 (B) P1、N250 处的电压分布。

从基于脑电图的人脸空间结构中提取CIMs的例子,用于(A)中立和(B)快乐面孔。

在这项研究中,研究人员将受试者连接到EEG设备上,向他们展示面部图像。他们的大脑活动被记录下来,然后使用基于机器学习算法的技术在受试者的脑海中以数字方式重建图像。
这不是研究人员第一次能够使用神经成像技术和基于视觉刺激重建图像。当前的方法是由 Nestor 开创的,他在过去成功地从功能磁共振成像 (fMRI) 数据中重建了面部图像,但这是首次使用 EEG来做这方面任务。
虽然像 fMRI 这样的技术——通过检测血流变化来测量大脑活动——可以捕捉大脑特定区域发生的事情的详细细节,但 EEG 具有更大的实用潜力,因为它更常见、便携且价格低廉。Nemrodov 解释说,EEG 还具有更高的时间分辨率,这意味着它可以详细测量感知在时间上是如何发展的,精确到毫秒。
研究人员表示,“fMRI 以秒为单位捕捉活动,而 EEG 以毫秒为单位捕捉活动。因此,我们可以使用EEG非常详细地了解我们大脑对面孔的感知是如何发展的。” 事实上,研究人员估计,我们的大脑需要大约170毫秒(0.17秒)才能形成我们所看到的面孔的良好表征。
这项研究证实了 EEG 具有用于此类图像重建的潜力。
如下图所示,在基于组数据的连续10毫秒窗口中,中性和快乐的人脸图像的重建结果。A,在两个不同时间的脸部刺激及其相应的重建的例子(左上角的数字表明基于图像的重建精度估计)。B、重建精度的时间过程。中性面孔和快乐面孔在多个时间间隔内均表现出高于随机的辨别;阴影区域表示中性面孔优于随机区分的间隔)。在N170分量(图1)和模式分类发现的识别峰(图2)附近,重构精度最大。
Nemrodov指出,这项研究证实了脑电图在这种类型的图像重建方面的潜力,许多研究人员怀疑,鉴于其明显的局限性,这是可能的。从神经技术的角度来看,利用脑电图数据进行图像重建具有很大的理论和实践潜力,特别是因为它相对便宜和便携。
目前,Nestor的实验室正在进行的工作是测试如何利用记忆完成基于脑电图数据的图像重建,并将其应用于除人脸以外的更广泛的对象,最终也可能有广泛的临床应用。
研究人员表示,“它可以为无法进行语言交流的人提供一种交流方式。它不仅可以对一个人正在感知的东西进行神经重建,还可以对他们的记忆和想象,以及他们想要表达的东西进行重建。”
“真正令人兴奋的是,我们重建的不是正方形和三角形,而是人脸的真实图像,这涉及许多细粒度的视觉细节。”
“事实上,我们可以根据人们的大脑活动重建他们的视觉体验,这为很多可能性打开了大门。它揭示了我们思想的主观内容,并提供了一种途径来访问、探索和分享我们的感知、记忆和想象的内容。”
相关信息:
Dan Nemrodov, Matthias Niemeier, Ashutosh Patel, Adrian Nestor. The Neural Dynamics of Facial Identity Processing: insights from EEG-Based Pattern Analysis and Image Reconstruction. eneuro, 2018; ENEURO.0358-17.2018
DOI: 10.1523/ENEURO.0358-17.2018

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180222145037.htm

编辑:Tina

排版:羽化

文章仅用于学术交流,不用于商业行为,

(0)

相关推荐

  • 计算机读取你“脑子里的画面”,10年内也许能就实现

    神译局3小时前 用设备读取大脑中想象的画面. 神译局是36氪旗下编译团队,关注科技.商业.职场.生活等领域,重点介绍国外的新技术.新观点.新风向. 编者按:脑界面技术已经成为最前沿技术,不过还不成熟, ...

  • 用EEG的mu节律测量镜像神经系统活动

    大脑如何编码他人的行为和意图是认知神经科学的一个基本问题.近年来,研究者发现镜像神经元对理解这些过程是如何发生的可能具有潜在的作用.镜像神经元的发现也是一个美丽的偶然.研究者在利用单细胞记录(sing ...

  • 动态功能脑网络状态中的EEG特征

    人类的大脑通过动态调节不同神经群来实现目标导向的行为.不同脑区之间的同步或失同步与静息态脑成像数据中观察到的动态功能连接相对应.在大量的健康成人被试样本中,我们利用滑动窗口相关方法来处理功能成像数据, ...

  • 脑电图测试可以早期诊断阿尔茨海默病

    一项 2 分钟的被动测试可以测量人们对一系列图像反应的脑电波,称为"Fastball脑电图"(Fastball EEG),可以帮助扩大早期失智症的诊断. 英国巴斯大学官网9月21日 ...

  • 10年内人工智能计算机将能够读取你大脑中的图像

    出品:放牛班的秘密花园 来源:Medium 编译:Sail2008 责任编辑:Sunnisky 潜在应用惊人,同时也令人担忧. 我有和照片一样逼真的记忆力,还拥有时间-空间关系的通感.这意味着我能以具 ...

  • 用于追踪认知任务期间的亚秒级脑动态的高密度脑电

    这项工作为社区提供了高密度脑电图(HD-EEG, 256个通道)数据集,这些数据集是在无任务和任务相关范式下收集的.它包括43名健康的参与者执行视觉命名和拼写任务,视觉和听觉命名任务和视觉工作记忆任务 ...

  • 脑电静息态脑网络:微状态源定位

    利用脑电图来分析大脑静息态脑网络的自发激活很有意义,因为感兴趣的信号幅值低而且很难区分潜在的神经来源.首先,本文使用k-means聚类方法对脑电数据进行聚类得到7个静息态脑地形图.然后使用TESS方法 ...

  • 陈根:研究开发深度脑刺激设备,持久记录大脑活动

    文/陈根 当前,可穿戴设备已经逐步走入人们的日常生活中,其往往是记录心率.血压等相对简单的健康指标,记录表面和深层大脑活动的可穿戴设备可谓寥寥.但记录大脑活动,在健康检测和疾病治疗中又发挥着重要的作用 ...

  • 慢性鼻窦炎太痛苦?原来它改变了大脑活动

    鼻塞.头痛.失眠.注意力不集中.抑郁--慢性鼻窦炎困扰了很多人,其病因学及病理生理机制复杂. 一项新的研究将鼻窦炎与大脑活动的改变联系起来,特别是与调节认知.内省和对外部刺激的反应的神经网络联系起来, ...

  • 成绩好或不好,与大脑活动的变化有何关系?

    撰文 | 郭瑞东 责编 | 计永胜 ●              ●              ● 人工神经网络在学习新概念时,我们能看到其神经元之间的连接发生了改变.那么,人的大脑在学习时会发生怎样 ...

  • 研究表明:慢性鼻窦炎与大脑活动的改变有关

    据外媒New Atlas报道,在美国,超过1/10的成年人患有慢性鼻窦炎,这是一种持续性的鼻窦炎症.一项新的脑成像研究表明,慢性鼻窦炎与大脑功能连接变化有关,这可以解释一些经常与该疾病有关的认知问题. ...

  • 陈根:非侵入性脑机接口,实现大脑活动实时读取

    文/陈根 近年来,在各新闻报道里,频繁出现脑机接口技术的突破,让脑机接口备受人们关注.但事实上,脑机接口技术发源已久. 上世纪70年代,科学家们就已经开始研究神经元和运动感知等功能的具体联系.在很多小 ...

  • 实时读取大脑活动!新型神经成像技术或为意念控制扫清障碍

    2020 年 8 月,马斯克兴奋地向全世界介绍了他的 Neuralink 0.9 版脑机接口(BMI),被植入脑芯片的小猪也一举成名.然而,最新研究却显示,马斯克的脑机接口很可能已经落伍了. 事情是这 ...

  • 人类与生俱来就怕黑!科学家终于找到答案:光线能够抑制大脑活动

    人类对黑暗似乎有着一种与生俱来的恐惧,尤其是在儿童身上.那么为什么人类会这么害怕黑暗呢?科学家终于找到了答案. 据外媒报道,发表在<PLoS One>上的一项新研究,通过分析人类大脑活动在 ...

  • 自信法则:改变内在的三种状态,重建大脑的回路,你会越来越自信

    文/唐若 唐若心学原创作品,违者必究 如果我们想要变得越来越自信,最重要的是改变内心的三种状态,重建大脑的回路,我们才能变得越来越自信. 每个人都需要明白,自信来自我们内在的状态,更来自我们对自我价值 ...

  • 利用脑机接口技术可以直接将大脑活动转换成文本形式

    更多技术干货第一时间送达 电极覆盖位置 你可能有过这样的经历:想要快速给某人发短信,但你手头上正有活,比如正拿着杂货或做饭,手头很忙.虽然Siri可以为我们和设备之间的互动提供一个新的交互方式,但还是 ...