Hagan, M.A., Pesaran, B. Modulation of inhibitory communication coordinates looking and reaching. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04631-2

"Here we study inhibitory communication during a flexible, natural behaviour, termed gaze anchoring, in which saccades are transiently inhibited by coordinated reaches. During gaze anchoring, we found that neurons in the reach region of the posterior parietal cortex can inhibit neuronal firing in the parietal saccade region to suppress eye movements and improve reach accuracy. Suppression is transient, only present around the coordinated reach, and greatest when reach neurons fire spikes with respect to beta-frequency (15–25 Hz) activity, not gamma-frequency activity. Our work provides evidence in the activity of single neurons for a novel mechanism of inhibitory communication in which beta-frequency neural coherence transiently inhibits multiregional communication to flexibly coordinate natural behaviour."

(Исследование на обезьянах)

#gaze #saccade_inhibition #LFP #beta

В свежем Nature пишут про инвазивные интерфейсы мозг-компьютер, в одном тексте собраны основные достижения BCI последних лет. Общий тон воодушевляющий, автор подводит к мысли, что коммерческие компании — на примере Neuralink, Paradromics и Synchron — скоро доведут технологию до рыночных продуктов.

На мой взгляд, автор чрезмерно оптимистичен — для широкого распространения еще нужно сильно повысить биосовместимость имплантов и прояснить вопрос их многолетнего использования вне стен лаборатории (плюс их обслуживание). Кроме того, есть очень важный вопрос из сферы этики: кто принимает решение, мозг пациента или интерфейс. Это более глубокая проблема, связанная с темой свободы воли, и она не техническая.

Скорее, характеристики инвазивных BCI продолжат улучшаться, клинические исследования умножатся, вместо единичных пациентов станут подключать десятки, но до массового применения, скажем, на уровне кохлеарных имплантов, пока далеко.

Долговременное наблюдение за активностью нейронов

Уже практически сто лет прошло с момента начала использования регистрации экстраклеточной активности отдельных нейронов для изучения мозга.

Начиная с 1926 года нейрофизиологи сопоставляют разряды нервных клеток с поведением, и в некоторых случаях исследования оказались настолько успешны, что их авторы стали обладателями Нобелевских премий.

В лаборатории д.б.н. И.Бондаря используют хронически имплантированные множественные микроэлектроды для одновременной регистрации активности большого числа нейронов, с целью исследования сложных форм поведения позвоночных животных.

В открытом семинаре в рамках проекта #CNBR_Open Игорь Бондарь расскажет не только об уникальных возможностях долговременных регистраций, но и об их значении в исследовании зоосоциального поведения млекопитающих.

https://neuronovosti.ru/dolgovremennoe-nablyudenie-za-aktivnostyu-nejronov/

Сегодня последний день Недели когнитивных наук и нейротехнологий. Программа очень насыщенная! В самом конце моя лекция - я собираюсь говорить о том, о чем писал в opinion, недавно принятом к публикации в Frontiers in Neuroscience (название лекции приблизительно повторяет его название), и вообще о ряде особенностей интерфейсов мозг-компьютер, о которых обычно умалчивается в новостях и популярной литературе.

11:00 - Совместное внимание: от "кооперативного глаза" к "предсказывающему мозгу"
(М.В. Фаликман)

12:00 - Всероссийский урок по нейротехнологиям и когнитивным наукам

14:00 - Демонстрация урока «Синтез белка» в виртуальной реальности (В.В. Селиванов)

15:00 - Презентация лаборатории когнитивных исследований Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова "Когнитивные исследования инсайта" (С.Ю. Коровкин)

16:00 - Презентация лаборатории дифференциальной психофизиологии НИИ Нейронаук и медицины (Новосибирск, А.Н. Савостьянов)

17:00 - "Нейроинтерфейсы для здоровых людей: мифы и реальные перспективы"
(С.Л. Шишкин)

Полная программа Недели: https://neuroweek.mgppu.ru/

Неделя транслируется в телеграме по адресу https://t.iss.one/neuroweekmgppu

Вопросы можно задавать в чате https://t.iss.one/neuroweekmgppucomment

Прямая ссылка на текущую трансляцию: https://t.iss.one/neuroweekmgppu?livestream

Презентация к моей сегодняшней лекции на Неделе нейротехнологий и когнитивных наук "Нейроинтерфейсы для здоровых людей: мифы и реальные перспективы". Без видео, но зато с веб-ссылками почти на все источники.

#neuro_edu #pop_sci #neurotech #noninvasive_BCIs #shishkin #presentations

"cortical responses are always distributed among neurons, forming characteristic waveforms, which we call neural waves ... the framework of neural wave interference provides a useful alternative to the standard concept of neural computation"

Sergei Gepshtein et al. Spatially distributed computation in cortical circuits. SCIENCE ADVANCES, 2022, VOL. 8, NO. 16, eabl5865. https://doi.org/10.1126/sciadv.abl5865

Российский научный фонд изменил правила учета публикаций. Увы, в сторону произвола. Учтут ли публикацию в хорошем журнале (q1), как раньше, за две, или не учтут - будет, видимо, зависеть от настроения членов экспертного совета.

https://grant.rscf.ru/files/docs/03-03.1-662.pdf

"We propose augmentation-based source-free adaptation (ASFA), which consists of two parts: 1) source model training, where a novel data augmentation approach is proposed for MI EEG signals to improve the cross-subject generalization performance of the source model; and, 2) target model training, which simultaneously considers uncertainty reduction for domain adaptation and consistency regularization for robustness. ASFA only needs access to the source model parameters, instead of the raw EEG data, thus protecting the privacy of the source domain. ... This is the first work on completely source-free domain adaptation for EEG-based BCIs."

K. Xia, L. Deng, W. Duch and D. Wu. Privacy-Preserving Domain Adaptation for Motor Imagery-based Brain-Computer Interfaces. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 19 April 2022. https://doi.org/10.1109/TBME.2022.3168570

#methods #noninvasive_BCIs #BCI_classifiers #domain_adaptation

"we proposed a framework that employs the open-set recognition technique as an auxiliary task to learn subject-specific style features from the source dataset while helping the shared feature extractor with mapping the features of the unseen target dataset as a new unseen domain. Our aim is to impose cross-instance style in-variance in the same domain and reduce the open space risk on the potential unseen subject in order to improve the generalization ability of the shared feature extractor."

Musellim S, Han DK, Jeong JH, Lee SW. Prototype-based Domain Generalization Framework for Subject-Independent Brain-Computer Interfaces. arXiv preprint arXiv:2204.07358. 2022 Apr 15. https://doi.org/10.48550/arXiv.2204.07358

#methods #noninvasive_BCIs #BCI_classifiers #domain_adaptation #BCI_papers

"most self-paced approaches apply a window function on the continuous EEG signal and split it into long segments for further analysis. As a result, the system has a high latency. To reduce the system latency, we propose an algorithm based on the time series prediction concept and use the data of the previously received time samples to predict the upcoming time samples. Our predictor is an encoder-decoder (ED) network built with long short-term memory (LSTM) units. The onsets of the MI commands are detected shortly by comparing the incoming signal with the predicted signal. The proposed method is validated on dataset IVc from BCI competition III. The simulation results show that the proposed algorithm improves the average F1-score achieved by the winner of the competition by 26.7% for latencies shorter than one second."

Ayoobi N, Sadeghian EB. A self-paced BCI system with low latency for motor imagery onset detection based on time series prediction paradigm. arXiv preprint arXiv:2204.05450. 2022 Apr 12. https://arxiv.org/abs/2204.05450

#methods #noninvasive_BCIs #BCI_classifiers #self_paced_BCIs #BCI_papers

Недавно открылся официальный канал Института когнитивных нейронаук ВШЭ:

https://t.iss.one/neuro_hse

Институт когнитивных нейронаук - постоянный партнер МЭГ-центра МГППУ, а входящий в него Центр биоэлектрических интерфейсов https://bioelectric.hse.ru/ - постоянный партнер нашей группы нейрокогнитивных интерфейсов МЭГ-центра.

Алгоритмы ведения журнального клуба по А.С. Спирину и В.А. Гвоздеву:

(1) "Наиболее четко умение анализировать формировалось на семинарах А.С.Спирина (вели их В.Гельфанд и В. Розенблат). Когда каждый из студентов выбирал статью, по которой потом была получена Нобелевская премия, и докладывал ее на семинаре. При этом доклад был построен поэтапно. Задача такая-то, методы на тот момент доступны такие-то. Как решать задачу экспериментально? Общее обсуждение, потом докладчик зачитывал что было сделано в статье, какие результаты получены. Опять остановка с вопросами - что означают результаты, как их интерпретировать, какие моменты остались не выясненными, какие дополнительные эксперименты надо поставить. И так разбирали весь дизайн исследования. Я потом со студентами такие семинары проводила, очень полезный подход." (Sverlana A. Borinskaya в обсуждении недавнего поста в группе "Биофак - любовь моя." в ФБ)

(2) "Соор: читают (вернее, думают, что читают) все (не более 16 человек) в течение нескольких дней. Двое рассказывают со слайдами. Приблизительно после каждой второй фразы рассказывающих, случайно выбранному слушателю предлагается повторить своим языком, что только что было сказано/что показано на слайде (картинке из статьи). Всегда выясняется, что "повторение" неверное (как, впрочем, и исходное утверждение того, кто рассказывает). Начинается дискуссия всей группой (люди орут друг на друга). Все двигается очень медленно, не менее двух часов на статью. Читать нужно и статью, и supplement, и как правило, важные ссылки, по крайней мере я имею право спрашивать про данные, на которые ссылаются. Лучше делать все на английском, но не все могут. Можно на смеси языков, для большего сумбура. Мне кажется, В.А. Гвоздев так нас учил." (Константин Северинов, тоже в ФБ, в ответ на мой вопрос о его технологии обучения студентов пониманию научного исследования, почти год назад)

#edu_methods

Видеозаписи только что завершившейся II Недели нейротехнологий и когнитивных наук, с таймкодами:

------------------------------

https://vk.com/video-38093474_456239323
18 апреля

6:20
(11:00-12:00) "Почему когнитивная психология самая интересная из всех когнитивных наук?"
Владимир Феликсович Спиридонов - декан факультета психологии ИОН РАНХиГС, профессор, доктор психологических наук

3:03:15
(14:00-15:00) Онлайн-экскурсия лаборатории нейрофизиологии и нейрокомпьютерных интерфейсов биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
Николай Владимирович Сыров - кандидат биологических наук, Лев Владимирович Яковлев - кандидат биологических наук

5:03:55
(16:00-17:00) Презентация магистратуры Института когнитивных нейронаук ВШЭ "Когнитивные науки и технологии: от нейрона к познанию"
Оксана Олеговна Зинченко - академический руководитель программы, доцент департамента психологии, научный сотрудник Международной лаборатории социальной нейробиологии ИКН ВШЭ, кандидат психологических наук

------------------------------

https://vk.com/video-38093474_456239324
19 апреля (часть 1)

2:20
(12:00-13:00) "Когнитивная психология в дизайне интерфейсов"
Елена Сергеевна Горбунова - заведующая научно-учебной лабораторией когнитивной психологии пользователя цифровых интерфейсов факультета социальных наук ВШЭ

1:02:12
(13:00-14:00) Достижения нейронаук и нейротехнологий: 2021 - 2022
Лекторы: Алексей Сергеевич Паевский - главный редактор портала "Нейроновости",
Анна Николаевна Хоружая - заместитель главного редактора портала "Нейроновости"

------------------------------

https://vk.com/video-38093474_456239325
19 апреля (часть 2)

0:00
(14:00-15:00) Асинхронная экскурсия по лабораториям Института когнитивных нейронаук ВШЭ с демонстрацией оборудования
Олег Игоревич Шевцов - ведущий инженер Института когнитивных нейронаук, заведующий лабораторным комплексом

52:10
(15:00-16:00) Презентация магистерских программ "Экспериментальная философия нейрокогнитивных наук" и "Биология мозга и естественного интеллекта" школы "Мозг, когнитивные системы и искусственный интеллект" МГУ им. М.В. Ломоносова
Дмитрий Владимирович Зайцев, профессор, заместитель декана по научной работе философского факультета МГУ, руководитель магистерской программы "Экспериментальная философия нейрокогнитивных наук", доктор филосовских наук
Александр Васильевич Латанов - заведующий кафедрой высшей нервной деятельности МГУ, профессор, доктор биологических наук

1:50:45
(16:00-17:00) Презентация Центра биоэлектрических интерфейсов ВШЭ
Алексей Евгеньевич Осадчий - директор Центра биоэлектрических интерфейсов ВШЭ, ведущий научный сотрудник Института искусственного интеллекта (AIRI), Ph.D

2:55:07
(17:00-18:00) Онлайн-экскурсия института экспериментальной психологии Московского государственного психолого-педагогического университета
Евгений Геннадьевич Хозе - заместитель директора Института экспериментальной психологии МГППУ

3:48:15
(18:00-19:00) "Мозг и Свобода: принимает ли мозг решения за нас?"
Василий Андреевич Ключарев - нейробиолог и популяризатор науки, специалист по нейроэкономике, кандидат биологических наук

------------------------------

20 апреля
См. https://t.iss.one/bci_ru/127

Окончание в следующем посте.

#pop_sci #neuro_edu

Видеозаписи только что завершившейся II Недели нейротехнологий и когнитивных наук (окончание)

------------------------------

https://vk.com/video-38093474_456239327
21 апреля

2:50
(10:00-11:00) "Память и забывание"
Созинов Алексей Александрович - научный сотрудник Лаборатории психофизиологии им. В.Б. Швыркова Института психологии РАН, кандидат психологических наук

4:02:50
(14:00-15:00) Онлайн-экскурсия в Центр нейрокогнитивных исследований (МЭГ-центр) МГППУ
Борис Владимирович Чернышев - руководитель Научно-образовательного центра нейрокогнитивных исследований (Московский МЭГ-центр) МГППУ, кандидат биологических наук

5:11:11
(15:00-16:00) "Нейроэффективность когнитивной деятельности: проблемы и решения"
Елена Вениаминовна Волкова - заведующая лабораторией ИП РАН, главный научный сотрудник, доктор психологических наук

6:02:15
(16:00-17:00) Презентация Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха
Иван Сергеевич Ниненко - исследователь

7:01:48
(17:00-18:00) "Что происходит у нас в мозге, когда мы читаем текст?"
Александр Николаевич Савостьянов - ведущий научный сотрудник лаборатории дифференциальной психофизиологии НИИ Нейронаук и медицины, заведующий кафедрой фундаментальной и прикладной лингвистики Гуманитарного института Новосибирского государственного университета, кандидат биологических наук, доктор философских наук

------------------------------

https://vk.com/video-38093474_456239328
22 апреля

5:58 (без эха с 8:48)
(11:00-12:00) "Совместное внимание: от "кооперативного глаза" к "предсказывающему мозгу"
Мария Вячеславовна Фаликман - профессор департамента психологии, ведущий научный сотрудник лаборатории когнитивных исследований ВШЭ, доктор психологических наук

1:10:06
(12:00-13:00) Всероссийский урок по нейротехнологиям и когнитивным наукам - практическое занятие для школьников

(нет в записи)
(14:00-15:00) Демонстрация урока «Синтез белка» в виртуальной реальности
Владимир Владимирович Селиванов - заведующий кафедрой общей психологии Института экспериментальной психологии МГППУ, профессор, доктор психологических наук

4:06:45
(15:00-16:00) Презентация лаборатории когнитивных исследований Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова: "Когнитивные исследования инсайта"
Сергей Юрьевич Коровкин, доктор психологических наук, доцент, научный руководитель лаборатории когнитивных исследований, доцент кафедры общей психологии ЯрГУ им. П.Г. Демидова

5:06:20
(16:00-17:00) Презентация лаборатории дифференциальной психофизиологии НИИ Нейронаук и медицины
Александр Николаевич Савостьянов - ведущий научный сотрудник лаборатории дифференциальной психофизиологии НИИ Нейронаук и медицины, заведующий кафедрой фундаментальной и прикладной лингвистики гуманитарного института Новосибирского государственного университета, кандидат биологических наук

6:07:15
(17:00-18:00) "Нейроинтефейсы для здоровых людей: мифы и реальные перспективы"
Сергей Львович Шишкин - ведущий научный сотрудник МЭГ-центра МГППУ, руководитель группы нейрокогнитивных интерфейсов, кандидат биологических наук

------------------------------

Видеозаписи лежат в разделе "видео" официальной страницы МГППУ https://vk.com/mgppu_official

Сайт Недели нейротехнологий и когнитивных наук: https://neuroweek.mgppu.ru/

Страница Недели нейротехнологий и когнитивных наук 2021 года, в том числе программа и видеозаписи всех дней: https://neuroweek.mgppu.ru/2021-2/

#pop_sci #neuro_edu

6 апреля в интервью главе TED Крису Андерсону Илон Маск подтвердил, что

the idea behind Neuralink ... is to try to more tightly couple collective human world to digital superintelligence.

Маск подчеркнул, что он серьезно относится к медицинским задачам:

the emails that we get at Neuralink are heartbreaking. I mean, they'll send us just tragic, you know, where someone was sort of, in the prime of life and they had an accident on a motorcycle and someone who's 25, you know, can't even feed themselves. And this is something we could fix.

Но, очевидно, он рассмативает их решение как побочный продукт движения к основной цели:

also along the way solve a lot of brain injuries and spinal injuries and that kind of thing. So even if it doesn't succeed in the greater goal, I think it will succeed in the goal of alleviating brain and spine damage.

От ответа на вопрос "Have you seen evidence that the technology is actually working" он по сути ушел - точнее, ответил лишь частично, утверждая, что дело лишь в том, что нужно сделать безопасный и удобный коммерческий продукт - мол, фундаментальные задачи давно решены:

the fundamental principles of reading neurons, sort of doing read-write on neurons with tiny electrodes, have been demonstrated for decades.

Но вопрос же не только в возможности "считывания" нейронов и их стимуляции, а в том, как из этого получить реальное расширение канала между мозгом и машиной.

Ведь пока что более-менее эффективная относительно широкополосная работа входов и выходов мозга известна лишь в одном случае: когда используются естественные высокоспециализированные входы и выходы - сенсорные и моторные системы!

Впрочем, он не спорит, что быстрого прогресса в эту сторону ожидать не стоит:

Well, I do want to emphasize we're at an early stage. And so it really will be many years before we have anything approximating a high-bandwidth neural interface that allows for AI-human symbiosis. For many years, we will just be solving brain injuries and spinal injuries. For probably a decade. This is not something that will suddenly one day it will have this incredible sort of whole brain interface. It's going to be, like I said, at least a decade of really just solving brain injuries and spinal injuries. And really, I think you can solve a very wide range of brain injuries, including severe depression, morbid obesity, sleep, potentially schizophrenia, like, a lot of things that cause great stress to people. Restoring memory in older people.

Расшифровку интервью можно прочитать по этой ссылке: https://www.ted.com/talks/elon_musk_a_future_worth_getting_excited_about/transcript?language=en - где, между прочим, применена весьма инновационная технология: можно выделить любой фрагмент расшифровки и сразу послушать, как он звучит в оригинале.

#neurotech #Elon_Musk #Neuralink

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 226: созданы карты стареющего мозга, основанные на крупнейшей в мире базе данных МРТ

Педиатры всего мира пользуются шкалой оценки «нормальности» роста черепа ребенка в различные годы его жизни вплоть до подросткового возраста. Такую же пользу несет шкала оценки роста при взрослении. Но как именно меняется мозг от самого зарождения вплоть до глубокой старости? Масштабнейшую работу провела международная научная группа, чтобы собрать крупнейшую базу нейровизуализации растущего и стареющего мозга и создать обобщенные карты его нормальных возрастных изменений. Это будет полезно всем, кто занимается поисками патологических отклонений при психических, неврологических, генетических или метаболических заболеваниях. Подробности опубликованы в журнале Nature.

Читать дальше:
https://neuronovosti.ru/naturesci226-old-brain/

#нейроновости
#Nature&Science
#старениемозга

«Активные» нейроинтерфейсы для здоровых людей: ближайшие перспективы

Уже в недалеком будущем технологии отдачи команд компьютеру напрямую из мозга, возможно, начнут широко использоваться здоровыми людьми. Такое предположение выдвинул в статье жанра Opinion, опубликованной в журнале Frontiers in Neuroscience, Сергей Шишкин, сотрудник МЭГ-центра Московского государственного психолого-педагогического университета.

Читать дальше:
https://neuronovosti.ru/aktivnye-nejrointerfejsy-dlya-zdorovyh-lyudej-blizhajshie-perspektivy/

Моя статья Active Brain-Computer Interfacing for Healthy Users, опубликованная сегодня во Frontiers in Neuroscience, на первый взгляд очень незамысловатая, и она действительно вполне доступна и для непрофессионалов. Но написана она все же для специалистов. Это попытка аккуратного анализа мотиваций, лежащих за, казалось бы, безнадежными попытками сделать "активные" нейроинтерфейсы, которые были бы интересны здоровым людям. (Активные - то есть реализующие намерения пользователя. Пользователь сознательно использует их для управления или коммуникации - в отличие от пассивных, реагирующих на изменения состояния мозга пользователя вне зависимости от его намерений.) Спор с общепринятыми в среде экспертов представлениями (в частности, сформулированными в Future BNCI 2020 Roadmap). И поиск (но это уже совсем кратко) реальных возможностей действительно сделать это в ближайшие годы. В каком-то смысле результат 15 лет работы и размышлений на эти темы.

Постараюсь как-нибудь еще написать об этом более подробно.

Shishkin SL (2022) Active Brain-Computer Interfacing for Healthy Users. Front. Neurosci. 16:859887. https://doi.org/10.3389/fnins.2022.859887

#neurotech #noninvasive_BCIs #BCI_papers

В понедельник издательство, выпускающее этот журнал, неожиданно прислало поздравления с присуждением 2021 Outstanding Reviewer Award. (название чересчур пафосное, по сути это просто благодарность за хорошие рецензии, но все равно приятно 😊 ). Скорее всего, основную роль сыграла рецензия именно на эту статью. (Может быть, правильнее было наградить авторов статьи - я ведь возился с нею больше обычного прежде всего потому, что мне понравилась их идея и ее реализация.)