Александр Егоров

© SmartBabr

Наука и технологииИнтернет и ИТМир

4110

24.08.2020, 19:10

Учёные создали программу, определяющую работу мозга

Сотрудники Сколтеха вместе с французскими и японскими коллегами протестировали алгоритмы с машинным обучением и обнаружили, что программы могут определять умственную нагрузку и аффективные состояния людей. Результаты работы опубликованы в журнале IEEE Systems, Man, and Cybernetics.

Интерфейс мозг-компьютер (ИМК) связывает живой мозг человека с неорганическими вычислительными устройствами. Уже сегодня ИМК позволяет людям управлять искусственной рукой или инвалидным креслом, а также отслеживать и классифицировать психоэмоциональные состояния. Сигналы мозга, поступающие в ИМК, как правило, измеряют при помощи электроэнцефалографии (ЭЭГ) — неинвазивного метода измерения электрической активности мозга.

В ЭЭГ используются «сырые» данные в виде непрерывных сигналов. Их хорошо обрабатывают, прежде чем по ним можно будет точно определить умственную нагрузку и аффективные состояния человека. На сегодня у исследователей имеет достаточно экспериментальные данных о том, что точность этих измерений не позволяет решать даже простые задачи, такие как определение различий между высокой и низкой умственной нагрузкой. Это не позволяет использовать такие методы на практике.

«Такая низкая точность измерений обусловлена чрезвычайно сложным устройством человеческого мозга. Представьте себе, что наш мозг — это огромный оркестр, в котором участвуют тысячи инструментов, а нам нужно при помощи ограниченного числа микрофонов и датчиков выделить характерное звучание каждого отдельного инструмента», — объясняет один из авторов статьи, профессор Центра Сколтеха по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных (CDISE) Анджей Чихоцкий.

Российские ученые решили создать более точную и эффективную программу для такой цели. Авторы рассмотрели две группы алгоритмов с машинным обучением — классификаторы на основе римановой геометрии (RGC) и сверточные нейросети (CNN), которые уже использовались в активных ИМК. Ученые решили выяснить, справятся ли эти алгоритмы не только с воображаемыми двигательными задачами, в которых испытуемый представляет в своем воображении определенные движения конечностей, в реальности не совершая их, но и с задачами оценки умственной нагрузки и аффективных состояний.

Для этого исследователи сравнили семь алгоритмов, два из которых они создали сами на основе римановых алгоритмов. В одном из двух экспериментов исследователи использовали типичную для ИМК схему, в которой программы сначала обучали на данных об определенном испытуемом, а затем на нем же и тестировали. Во втором эксперименте привязки к испытуемому не было. Пройти такое «испытание» было сложнее, ведь у каждого мозг работает индивидуально.

В результате авторы показали, что глубокая нейросеть обходит все остальные алгоритмы и наиболее точно оценивает умственную нагрузку. Однако такой алгоритм плохо справляется с классификацией эмоциональных состояний. С другой стороны, два алгоритма с римановой оптимизацией решают обе задачи на среднем уровне. Согласно результатам работы, пассивный ИМК не совсем годится для классификации аффективных состояний. Он лучше подойдет для оценки умственной нагрузки.

«На следующих этапах исследования мы планируем использовать более сложные методы на основе искусственного интеллекта (ИИ) и, в первую очередь, методы глубокого обучения, с помощью которых можно выявлять самые незначительные изменения в сигналах и паттернах мозга. Глубокие нейронные сети можно обучать на больших наборах данных, содержащих информацию о большом количестве испытуемых, различных тестовых сценариях и условиях испытаний. Искусственный интеллект, создание которого стало настоящей революцией, может оказаться весьма полезным для ИМК и решения задач распознавания человеческих эмоций», — говорит Анджей Чихоцкий.

Александр Егоров

© SmartBabr

Наука и технологииИнтернет и ИТМир

4110

24.08.2020, 19:10

URL: https://www.babr24.net/?IDE=273476

Bytes: 3916 / 3766

Версия для печати

Скачать PDF

Поделиться в соцсетях:

Также читайте эксклюзивную информацию в соцсетях:
- Телеграм
- ВКонтакте

Связаться с редакцией Бабра:
newsbabr@gmail.com

Автор текста: Александр Егоров.

Другие статьи в рубрике "Наука и технологии"

Монголия и наука: от исследований к большой энергетике

Развитие альтернативной энергетики стало для Монголии как вопросом экологии, так и вопросом экономики. Несмотря на большие запасы угля, страна испытывает огромную потребность в надежных источниках электроэнергии и необходимость сокращения вредных выбросов.

Эрнест Баатырев

Наука и технологииЭкологияЭкономикаМонголия

3756

10.09.2026

Инсайд. Кто заработает на СКИФе?

Пока федеральные СМИ обсуждают научную ценность СКИФа, мы посмотрим на вопрос прагматично: кто и как капитализирует появление объекта мегасайенс под Новосибирском? Расклад такой. Область резервирует под инфраструктуру синхротрона обширные территории.

Ярослава Грин

Наука и технологииНедвижимостьЭкономикаНовосибирск

2423

09.09.2026

Учёные ТГУ: молекулы-архитекторы и медицина будущего

Учёные ТГУ соединили молекулы, которые выглядят как тыква и стебель бамбука. А благодаря одной такой миниатюрной «тыкве» можно безопасно доставить лекарство прямо в раковую опухоль, не отравляя при этом здоровые органы. Звучит как фантастика?

Андрей Тихонов

Наука и технологииЗдоровьеОбразованиеТомск

2174

31.08.2026

Данные как ресурс: зачем Монголии новый закон

Правительство Монголии впервые готовит единые правила обращения с данными. Сегодня информация о гражданах и деятельности государства хранится в десятках разных систем, которыми управляют отдельные ведомства, банки, больницы, телекоммуникационные компании и другие организации.

Эрнест Баатырев

Наука и технологииОбществоПолитикаМонголия

8091

31.08.2026

Учёные ТГУ: «Сакура полезнее, чем все думали»

Учёным Томского госуниверситета совместно с коллегами из вузов других регионов России удалось найти новые полезные химические соединения во всем известном виде деревьев, на цветение которого люди любуются каждой весной.

Андрей Тихонов

Наука и технологииЗдоровьеТомск

2896

26.08.2026

Инсайд. Председатели тянут СО РАН на дно

Академик Коптюг, а уж тем более и отец-основатель Лаврентьев даже в самом страшном сне не могли бы представить, что будет происходить в начале XXI века с их любимым детищем – Сибирским отделением Академии наук.

Ярослава Грин

Наука и технологииНовосибирск

8456

23.08.2026

Учёные ТГУ: поиск мест обитания краснокнижных птиц и нагрев никелида титана

Учёные ТГУ в ходе летней экспедиции в ЯНАО обнаружили новые гнездовья птиц из Красной книги и объяснили причины поиска новых мест обитаний. Также исследователям Томского госуниверситета удалось выяснить, как управлять сплавом с эффектом памяти формы для медицинской сферы.

Андрей Тихонов

Наука и технологииЗдоровьеТомск

4042

19.08.2026

Монголия и наука: международные форумы и обделенные студенты

Пока Монголия стремится закрепить за собой репутацию регионального и мирового научного центра, правительство страны приняло решение сократить финансирование студентов, обучающихся в зарубежных вузах.

Эрнест Баатырев

Наука и технологииОбществоМонголия

4592

13.08.2026

Учёные ТГУ: качество пиротехники можно улучшить

Томские учёные нашли способ улучшить пиротехнику сразу на 50% благодаря улучшению основы — металлического порошка. Они доказали, что и так хороший состав можно улучшить, сделав новый пиротехнический состав с управляемыми характеристиками.

Андрей Тихонов

Наука и технологииТомск

5678

07.08.2026

Жизнь, отданная Байкалу: итоги викторины Бабра

В XX веке сразу несколько женщин-учёных внесли большой вклад в изучение Байкала. Они работали в разных направлениях: от биологии и гидрохимии до экологии и биогеохимии. Есть среди них одна, кто продолжил дело своего отца, развивая школу гидробиологов и экологов-байкаловедов.

Есения Линней

Наука и технологииЭкологияИсторияБайкал Иркутск Бурятия

22283

04.08.2026

Учёные ТГУ: как связаны вулкан и озоновая дыра над Антарктидой?

Учёные Томского госуниверситета выдвинули предположение о том, почему озоновая дыра над Антарктидой не затянулась. Несмотря на отказ от использования хладагентов, которые пагубно воздействуют на озон, проблема не исчезла. Как оказалось, причиной этому стал действующий вулкан.

Андрей Тихонов

Наука и технологииЭкологияТомск

23250

30.07.2026

Инвестиции в знания: в Монголии создадут новый институт

Монгольское руководство заявляет о ставке не только на развитие армии и модернизацию вооружения, но и на интеллектуальный потенциал государства. По инициативе президента страны при Национальном университете обороны стартовало строительство Института международных исследований.

Эрнест Баатырев

Наука и технологииОбразованиеПолитикаМонголия

21735

28.07.2026

Лица Сибири

Крывовязый Иван

Шукевич Валерий

Вагнер Аарон

Дюндик Кирилл

Барданов Александр

Солонина Галина

Беляков Анатолий

Медведев Александр

Шаврин Константин

Болонева Юлия