Аннотация:
Искусственный интеллект открывает новое направление развития технологий бионического зрения. Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе и Университета Мигеля Эрнандеса в Испании использовали технологию глубокого обучения для улучшения метода электрической стимуляции имплантатов зрительной коры, позволяя мозгу производить зрительное восприятие более точным и энергосберегающим способом. Ожидается, что это исследование будет способствовать разработке нового поколения бионических глаз, предоставляющих возможность восстановления частичного зрения людям, ослепшим из-за повреждения глаз или зрительного нерва.
Традиционные зрительные протезы обычно пытаются захватывать внешние изображения с помощью камер, а затем преобразовывать изображения в электрические сигналы для стимуляции сетчатки или зрительной коры головного мозга, позволяя пользователю воспринимать световые точки или простые формы. Однако системы технического зрения гораздо сложнее обычных дисплеев. Даже если точные электрические сигналы подаются на несколько электродов, конечный визуальный опыт, создаваемый мозгом, может не соответствовать входным сигналам один к одному. Электроды могут взаимодействовать друг с другом, а реакции нейронов могут меняться со временем и состоянием мозга.
Целью этого исследования является выяснение разницы между сигналами электрической стимуляции и реальным зрительным восприятием человека.
Исследовательская группа провела эксперимент на людях в больнице в Испании, участником которого стал 27-летний мужчина. Ранее он потерял зрение из-за тяжелой черепно-мозговой травмы. Исследователи имплантировали ему в зрительную кору временную электродную решетку, содержащую 96 электродов, которые могут отправлять электрические сигналы непосредственно в область мозга, отвечающую за обработку визуальной информации.
Когда электроды стимулируют зрительную кору, участники могут испытать визуальный феномен, называемый «фосфенами», при котором мозг по-прежнему создает ощущение вспышек, световых пятен или простых форм, даже когда внешний свет не попадает в глаза. Это явление является важной основой для исследований зрительных корковых протезов, поскольку оно демонстрирует, что путем прямой стимуляции мозга можно в определенной степени создавать зрительные переживания, минуя поврежденный глаз и зрительный нерв.
Чтобы улучшить эффект стимуляции, исследователи обучили набор глубоких нейронных сетей, позволяющих искусственному интеллекту изучать взаимосвязь между различными режимами электрической стимуляции и реакциями нейронов мозга.
В отличие от традиционных методов, эта система искусственного интеллекта не только анализирует сигналы, поступающие с электродов, но также обращается к активности мозга в состоянии покоя, записанной перед каждым тестом. Мозг не всегда находится в одном и том же состоянии, и даже использование одного и того же электрического стимула может вызывать разные нейронные реакции в разное время. Включив эту фоновую активность в модель, ИИ может более точно предсказывать, как мозг будет реагировать на конкретные стимулы, и соответствующим образом корректировать работу электродов.
Результаты экспериментов показывают, что режим стимуляции, оптимизированный с помощью искусственного интеллекта, может более точно активировать целевые нейронные реакции и требует меньшего тока. Исследователи также обнаружили, что прямая запись мозговой активности на самом деле лучше предсказывает конечный визуальный опыт участников, чем простое наблюдение за электрическими параметрами электродов.
Это открытие имеет огромное значение. Традиционное инженерное мышление часто рассматривает зрительную кору как экран дисплея, который можно освещать точечно через электроды, и полагает, что стимуляция большего количества электродов может сформировать более полное изображение. Но это не так. Между электродами происходит взаимодействие, и реакции нейронов также колеблются. Электрические сигналы, поступающие в мозг, не равны тому, что люди в конечном итоге видят.
В этом эксперименте исследователи не только регистрировали нейронную активность, но и просили участников описать световые пятна, которые они ощущали, включая такую информацию, как яркость, размер, форма и цвет. Этот субъективный визуальный опыт в сочетании с объективными нейронными записями обеспечивает основу данных для искусственного интеллекта, позволяющую строить более точные модели стимуляции.
Что еще более примечательно, так это то, что это имплантированное устройство способно одновременно стимулировать нейроны и записывать нервные реакции. Это означает, что будущие зрительные протезы не всегда должны будут работать по заданным фиксированным параметрам, а смогут непрерывно наблюдать за реакцией мозга, а затем использовать искусственный интеллект для динамической корректировки плана стимуляции.
Руководитель исследования Майкл Бейелер, профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, заявил, что по-настоящему полезный зрительный протез не может полагаться на фиксированную программу стимуляции, подходящую для всех, но должен изучать характеристики реакции мозга каждого человека и постоянно корректироваться в соответствии с индивидуальными различиями. Конечная цель — адаптировать устройство к мозгу пользователя, а не требовать от пользователя адаптации к устройству.
Эта технология однажды может помочь людям, потерявшим зрение из-за генетических заболеваний глаз, несчастных случаев или неврологических заболеваний. В частности, те, кто когда-то имел нормальное зрение, а затем ослеп, могут сохранить некоторую степень зрительного опыта и связанных с ним способностей нейронной обработки, поэтому восстановление зрения может иметь особое значение.
Однако исследователи подчеркнули, что текущие результаты все еще являются ранним подтверждением концепции, и предстоит пройти еще долгий путь, прежде чем они действительно смогут помочь слепым людям восстановить свое повседневное зрение. В этом эксперименте участвовал только один участник. Исследование показало, что искусственный интеллект может улучшить эффект электростимуляции зрительной коры при определенных условиях, но это не означает, что у участника восстановилось нормальное зрение.
Кроме того, количество фосфенов, производимых в настоящее время с помощью электродов, по-прежнему весьма ограничено, и существует огромный разрыв между сложными сценами, которые может воспринимать человеческий глаз. Будущие исследования также должны решить такие вопросы, как формирование стабильной, четкой и пространственно непрерывной визуальной информации и как обеспечить долгосрочную безопасную эксплуатацию имплантированных устройств.
Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Neuron 7 августа 2026 года. Статья называется «Контроль электрически вызванной активности в зрительной коре человека на основе глубокого обучения».
Самый важный прорыв этого исследования заключается не в простом увеличении количества электродов в зрительном протезе, а в использовании искусственного интеллекта для установления более точной связи между электрической стимуляцией, нейронной активностью и субъективным зрительным опытом. Благодаря непрерывной интеграции интерфейса «мозг-компьютер» и технологии искусственного интеллекта бионические глаза будущего, возможно, больше не будут просто электронными устройствами, посылающими заданные сигналы в мозг, но смогут постепенно изучать уникальные нейронные реакции каждого человека для достижения более персонализированного искусственного зрения.
Комментарии