Transcript 13-fMRI-prasa - Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki

Interdyscyplinarne Centrum
Nowoczesnych Technologii
Laboratorium NeuroKognitywne
Włodzisław Duch & Co
Katedra Informatyki Stosowanej, WFAiIS, UMK
Cel i Grupa Badawcza
• Laboratorium zorganizowała Katedra Informatyki
Stosowanej, Google: Katedra KIS UMK
• Jest to samodzielna jednostka Wydziału Fizyki, Astronomii i
Informatyki Stosowanej UMK, istnieje od 1991 roku.
• 3 profesorów: W. Duch, O. Sokolov i J. Meller, pracujący w KIS
oraz Uni. Cincinnati + Children's Hospital Research Foundation.
2 dr hab. (R. Adamczak, N. Jankowski), 3 dr i 2 mgr.
• Laboratorium ma być bazą eksperymentalną dla
badań neurokognitywistycznych, wspierając rozwój naukowy
kadry związanej z unikatowym kierunkiem studiów
„Kognitywistyka”, prowadzonym na UMK od 2009 roku.
• Wykorzystywane będzie przez współpracowników z innych
jednostek UMK i spoza UMK, również z zagranicy.
FMRI – analiza sygnału
• Siła sygnału fMRI jest zależna od poziomu
utlenienia krwi w obserwowanych
wokselach, stąd określenie „sygnał BOLD”
= Blood Oxygen Level Dependent”.
• Utlenienie krwi jest przyjmowane za miarę
aktywności neuronalnej w niedawnej (5-7
sek) przeszłości w danym obszarze, np.
aktywność przez 300 sek.
• Informacja zbierana jest co kilka sekund i pozwala na lokalizację
miejsca aktywności w przestrzeni z dokładnością do kilku mm
(mln neuronów, 10 mld synaps).
• Połączenie z EEG pozwala na lokalizację zdarzeń w czasie, ale
jest technicznie trudne (silne zakłócenia).
FMRI – trudności interpretacji
• Zarówno pobudzanie jak i hamowanie aktywności zużywa
energię, widzimy tylko różnice pomiędzy dwoma stanami.
• Zmiany są bardzo małe i potrzeba wielokrotnych powtórzeń by
zebrać jednoznaczną informację.
• Utlenienie krwi jest przyjmowane za miarę aktywności
neuronalnej ale brakuje odniesienia do geometrii układu
krwionośnego: gdzie może dopływać krew, jak szybko, w jakich
ilościach, czy wszędzie w mózgu jednakowo?
• Wiele innych czynników wpływa na sygnał BOLD: ruchy głowy,
oddychanie, poziom glukozy, CO2 i kofeiny we krwi, zmiany
ciśnienia i przepływu krwi, pobudzenie emocjonalne i
dodatkowe procesy myślowe nie związane z samym
eksperymentem … duża wariancja wyników, trudno uśredniać.
Neuronalny determinizm
Ogranicza nas genetyczny i neuronalny determinizm.
Neuronalny determinizm:
wynik doświadczeń życiowych, wychowania, prania mózgu; nie możemy
myśleć inaczej, niż pozwala nam na to aktywność neuronalna.
Genetyczny determinizm częściowo ma wpływ na neuronalny.
Co zostało do odkrycia?
• Pierwsze badania ludzi w 1992, mamy 20 lat opóźnienia.
• Pomimo trudności technicznych fMRI doprowadził do wielu
odkryć pozwalających lepiej zrozumieć mózgi.
Nadal jest wiele do zrobienia, nie tylko w medycynie:
• Lepsze zrozumienie relacji sygnał–aktywność neuronalna.
• Zwiększenie powtarzalności wyników przez odpowiednie
przygotowanie badanych (poziom glukozy, stan mentalny,
neurofeedback, TMS?)
• Indywidualne różnice konektomu i przepływu informacji przez
mózgi w różnych warunkach, procesy spontaniczne.
• Świadomość, relacje przeżyć subiektywnych i stanów mózgu.
• Wyobraźnia: agnozje, nowa dziedzina w neuropsychologii,
przydatna do oceny talentu muzycznego i artystycznego.
Naukowe Centrum Obrazowania Biomedycznego
Światowe Centrum Słuchu, Kajetany
Podpisano umowę naukową z Instytutem
Fizjologii i Patologii Słuchu w ramach którego
działa Naukowe Centrum Obrazowania
Biomedycznego.
Centrum w Kajetanach powstało w 2009 roku
i specjalizuje się w badaniach czynnościowych
mózgu z wykorzystaniem techniki fMRI oraz
jednoczesnych rejestracji EEG/fMRI (ponad 2
tysiące przeprowadzonych badań).
Ścisła współpraca interdyscyplinarnych zespołów z
Kajetan i Torunia gwarantuje wysoką jakość badań
i wykorzystanie najnowocześniejszych technologii
i metod analizy badań MR i EEG.
NCOB, Kajetany
Naukowe Centrum Obrazowania Biomedycznego
Światowe Centrum Słuchu Kajetany
Doświadczenie:
• Metodologia wspólnej rejestracji EEG i fMRI
• Badania plastyczności ośrodków korowych
• Badania czynnościowe wyższych funkcji
poznawczych
• Badania funkcji ośrodków drogi słuchowej
• Badania czasowego przesunięcia progu słyszenia
w wyniku zmęczenia słuchowego
• Monitorowanie zmian w korze ruchowej i
czuciowej w wyniku rehabilitacji pacjentów po
uszkodzeniach mózgu
• Badania lateralizacji mózgowej
• Badanie emocji
• Przetwarzanie informacji symbolicznej związanej
z językiem u osób zdrowych oraz osób z
zespołem Aspergera.
NCOB, Kajetany
Lab. EEG-ERP-BCI-neurofeedback
• Badanie wyobrażeniowej agnozji
słuchowej za pomocą analizy
potencjałów wywołanych ERP,
wpływ różnic na strategie uczenia.
• Interfejsy mózg-komputer (BCI,
Brain-Computer Interface) w
rehabilitacji po udarze.
• Neuroekonomia: wpływ nieuświadomionych bodźców na reakcje
fizjologicznych i podejmowane decyzje.
• Wczesna diagnostyka i terapia dysleksji w oparciu o metody
kognitywistyczne.
• Neurofeedback jako forma terapii dzieci nadpobudliwych, do
korekcji słuchu i wymowy, do wspomagania procesów uczenia
się, analizy i regulacji emocji, wzmacniania woli i kreatywności.
Telemetric
pacifier
la-la … la-ra-ra…
sound sequences
Database of
speech sounds
Rozwój niemowląt
Wireless
communication
receiver
D/A converter
A/D converter
Control unit
• Projekt inteligentnej
kołyski i zabawek RAM
Speaker
Non-volatile
Database of
kognitywnych, Audiovisual
do wczesnej
diagnostyki,
memory
reward patterns
device (reward)
wykrywania nieprawidłowości rozwoju,
ciągłego monitorowania dziecka i ukierunkowania rozwoju.
• Inteligentna kołyska: czujniki ruchu, smoczek telemetryczny,
mikrofony i kamery, analiza sygnałów.
• Stymulacja słuchu, wzroku i dotyku, analiza reakcji.
• Stymulacje rozwoju słuchu fonematycznego umożliwią dzieciom
naukę dowolnego języka, w tym języków tonalnych.
• Stymulacje rozwoju słuchu muzycznego.
• Rozwój inteligencji przez stymulację pamięci roboczej.
• Rozwój ciekawości i potrzeby działania dziecka.
• Patent: Układ aktywnego stymulatora ośrodków mowy,
zwłaszcza niemowląt i dzieci (2002).
Lab. badań psycho-akustycznych
• Opracowanie systemu diagnostyczno
-doradczego wspomagającego ocenę
stanu i planowanie terapii pacjentów
z ubytkami słuchu, uczenia mowy z
implantami ślimakowymi, badań
audiometryczne, testy sprawności
umysłowej, zdolności muzycznych.
• Chronometria, badania rozdzielczości czasowej i częstotliwościowej dźwięków, przetwarzania bodźców muzycznych,
synchronizacji senso-motorycznej, związku z inteligencją.
• Badania agnozji klasycznych i agnozji wyobrażeniowych
połączone z badaniami słuchowych potencjałów wywołanych
(ERP) – nowa dziedzina w neuropsychologii, przydatna do
oceny talentu muzycznego i artystycznego.