Kann Gehirn-Scans den Köpfen der Menschen lesen?

Willkommen in der Zukunft: Wissenschaftler können nun im Inneren des Gehirns peer und Videos von dem was ein Mensch gesehen hat, nur anhand ihrer Aktivität des Gehirns zu rekonstruieren.

Die rekonstruierte Videos könnte als eine primitive und etwas verschwommen Form der Gedankenlesen, gesehen werden, obwohl Forscher Jahrzehnte sind davor entschlüsseln nichts so persönlich wie Erinnerungen oder Gedanken, ob so etwas überhaupt möglich ist. Gedankenlesen Technik erfordert derzeit, starke Magnete, Stunden Zeit und Millionen von Sekunden von YouTube-Videos.

Aber auf lange Sicht ähnliche Methoden zur Kommunikation mit Schlaganfallpatienten oder Komapatienten Leben in einem Zustand "locked-in" verwendet werden könnte, sagte Studie Forscher Jack Gallant, Neurowissenschaftler an der University of California, Berkeley.

"Die Idee ist, dass sie in der Lage wäre, einen Film von was sie reden wollen zu visualisieren, und Sie in der Lage wäre, das Dekodieren", sagte Gallant LiveScience.

Entschlüsselung des Gehirns

Gallant Team hat das Gehirn vor decodiert. Im Jahr 2008 berichteten die Forscher, dass sie ein Computermodell entwickelt hatte, findet im Gehirn Aktivitätsdaten aus funktionelle Kernspintomographie (fMRI), vergleicht sie mit einer Bibliothek von Fotos und spuckt das Foto, dass die Person wahrscheinlich betrachten, wenn die Gehirn-Aktivität Messungen durchgeführt wurden. Diese Technik war genau an der Ernte des richtigen Fotos 9 von 10 Fällen.

Aber Video anstelle von Standbildern zu rekonstruieren ist viel härter, sagte Gallant. Und zwar deshalb, weil fMRI nicht direkt die Aktivität der Gehirnzellen zu messen; Er misst Durchblutung aktive Bereiche des Gehirns. Diese Durchblutung geschieht sehr viel langsamer als die zippy Mitteilung der Milliarden von Nervenzellen im Gehirn. [Im Inneren des Gehirns: eine Reise durch die Zeit]

So baute Gallant und Postdoktorand Shinji Nishimoto ein Computerprogramm, diese Lücke zu schließen. Teil des Programms war ein Modell von Tausenden von virtuellen Neuronen. Die andere Hälfte war ein Modell wie die Aktivität der Nervenzellen die Blutzufuhr zum aktiven Regionen des Gehirns beeinflusst. Verwenden diese virtuelle Brücke, konnten die Forscher Informationen aus den langsamen Blutfluss in die schnelle Sprache der Neuronenaktivität übersetzen.

Film-Nacht... für die Wissenschaft

Als nächstes kam den Spaß Teil: drei Freiwillige, alle Neurowissenschaftler am Projekt, beobachtete Stunden von video-Clips in einem fMRI-Maschine. Freiwillige waren nicht im Außenbereich wegen der Menge an Zeit und Aufwand, und weil die Neurowissenschaftler hoch motiviert waren, sich auf den Videos zu konzentrieren, die bessere Gehirn-Bilder.

Anhand der Bildgebung des Gehirns Daten gebaut Gallant und seine Kollegen ein "Wörterbuch", das Aktivitätsmuster des Gehirns einzelne video-Clips verknüpft viel wie ihre Studie von 2008 mit Bildern. Dieses Gehirn-Movie Übersetzer war in der Lage, den Film zu identifizieren, der einer bestimmten Gehirn-Signal erzeugt 95 Prozent der Zeit, plus oder minus 1 Sekunde in dem Clip, wenn gegebene 400 Sekunden des Clips zur Auswahl. Auch wenn das Computermodell 1 Million Sekunden des Clips gegeben wurde, hob es die richtige Sekunde mehr als 75 Prozent der Zeit.

Mit diesem genaue Gehirn-Movieclip-Wörterbuch in der Hand stellte die Forscher eine neue Dimension der Herausforderung. Sie gaben das Computermodell 18 Millionen Sekunden neue Clips von YouTube-Videos alles nach dem Zufallsprinzip heruntergeladen. Keiner der Teilnehmer des Experiments hatte diese Clips je gesehen.

Die Forscher lief dann die Teilnehmer Hirnaktivität durch das Modell, Befehlen sie, wählen Sie die Clips am ehesten pro Sekunde Aktivität auslösen. Das Ergebnis war eine von Grund auf Rekonstruktion der Person visuelle Erfahrung des Films. In anderen Worten, wenn die Teilnehmer einen Clip, die Steve Martin auf der rechten Seite des Bildschirms sitzen zeigten gesehen hatte, könnten das Programm betrachten ihre Hirnaktivität und wählen Sie den YouTube-Clip, die meisten wie Martin auf der rechten Seite des Bildschirms sitzen sah.

Die video-Clips sehen Sie hier und hier. Im ersten Clip ist das originale-Video auf der linken Seite, während ein Durchschnitt der Top 100 Clips, die direkt auf die Gehirnaktivität basierten auf der rechten Seite ist. (Durchschnittswerte waren notwendig, und auch der Grund für die Unschärfe, Gallant sagte, weil sogar 18 Millionen Sekunden von YouTube-Videos nicht annähernd alle visuelle Vielfalt in den ursprünglichen Clips.) Das zweite Segment des Videos zeigt den ursprünglichen Clip oben und unten Rekonstruktionen. Die linken Spalte ist durchschnittliche Rekonstruktionen, während die restlichen Spalten einzelne Videos ausgesucht von dem Programm als mit dem Original am nächsten sind.

Einen Geist Film

Die durchschnittliche Videos sehen aus wie gespenstische, aber erkennbar Faksimiles des Originals. Die Unschärfe ist groß, weil die YouTube-Clips-Bibliothek ist so begrenzt, so dass genaue hart entspricht, sagte Gallant.

"18 Millionen Sekunden wirklich ein verschwindend kleiner Teil der Dinge, die Sie in Ihrem Leben sehen konnte", sagte er.

Die Gedankenlese Methode ist beschränkt sich nur auf die grundlegenden visuellen Arealen des Gehirns, nicht die höhere funktionieren Zentren des Denkens und der Grund wie die frontalen Kortex. Gallant und seine Kollegen arbeiten jedoch um Modelle zu bauen, die andere Hirnareale nachahmen würden. Auf kurze Sicht könnte diese Modelle verwendet werden, zu verstehen wie das Gehirn funktioniert, wie Umweltwissenschaftler Computermodelle der Atmosphäre verwenden, um Wetter und Klima zu verstehen.

Auf lange Sicht ist die Hoffnung, dass diese Technologie verwendet werden könnte, Gehirn-Maschine-Schnittstellen zu bauen, die Kommunikation zwischen Menschen mit Hirnschäden erlauben würde durch denken und diese Gedanken durch einen Computer übersetzt Gallant sagte. Sie könnten potenziell Aktivität des Gehirns während der Träume oder Halluzinationen zu messen und dann diese fantasievollen Zustände auf der großen Leinwand zu sehen.

Wenn diese Prognosen Gallant, sagte bewahrheiten, kann es ethische Fragen beteiligt. Er und seine Kollegen sind standhaft gegen Messung der niemandes Hirnaktivität ohne deren Wissen und Einverständnis. Gerade jetzt, wenn geheime Gehirn Abhören ist weit hergeholt, wenn man bedenkt, dass die Technik einen großen, lärmenden fMRI-Maschine und die uneingeschränkte Zusammenarbeit des Themas erfordert.

Nicht nur das, sondern lesen Gedanken, Erinnerungen und Träume möglicherweise nicht so einfach wie Dekodierung einfache visuelle Erlebnisse, Gallant, sagte. Die Verbindung zwischen wie unser Gehirn verarbeitet was wir sehen und wie es verarbeitet, was wir uns vorstellen, ist nicht klar.

"Dieses Modell ist ein Ausgangspunkt für Bildsprache zu entschlüsseln versuchen werden," sagte Gallant. "Aber wie nah an der Endpunkt ist schwer zu sagen."

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