Human brain mapping and brain decoding. | Jack Gallant | TEDxSanFrancisco

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cervello di un computer che conosco sembra
strano pensare al cervello umano come a
computer ma sai che non è un
computer come il tuo desktop o come il tuo
cellulare che sono sistemi architetti
è un sistema evoluto che ha
sviluppato in milioni di anni
costruendo continuamente su quello che c’era
prima, ma elabora le informazioni
siediti qui hai esperienze sensoriali
combini quelle esperienze sensoriali
con conoscenza preventiva delle informazioni precedenti
prendi delle decisioni e agisci nel
mondo e un’elaborazione delle informazioni
sistema come quello è un computer così dentro
principio dovremmo essere in grado di
capire il cervello umano come un computer
da ingegneria inversa e
scoprire il calcolo sottostante
algoritmi che regolano la sua funzione e
se lo facciamo possiamo invertirli
algoritmi e creare molto potenti
dispositivi di decodificazione del cervello che possono probabilmente
in futuro sostituirà tutti gli altri tipi di
interfacce e cervello di macchine per cereali
interfacce per computer ora il cervello sembra
come un organo abbastanza omogeneo c’è
una corteccia cerebrale questa grande parte piegata
in cima e c’è un cervelletto su
il fondo sotto il cervello
corteccia questo mantello di tessuto ci sono
molti molti nuclei subcorticali tutti
insieme sebbene il cervello ne abbia alcuni
13 pensiamo sull’ordine di dire 500
parti diverse circa un terzo di quelli
Saranno nuclei subcorticali e
due terzi di loro saranno
aree corticali che sono funzionalmente e
anatomicamente distinti e queste aree
sono agganciati insieme in modo molto denso
reti che non conosciamo veramente dell’area
ancora per gli umani o esattamente come sono
agganciato insieme ma studi sugli animali
suggerisco che il cervello è connesso al 50%
questo è per ogni posizione data sul
corteccia cerebrale è collegato al 50%
di tutte le altre località e tutte
queste connessioni sono feed-forward e
feedback quindi il cervello è un gigante
Rete ricorrente interconnessa e
sono noti sistemi come questo nella scienza
come sistemi dinamici non lineari e loro
avere proprietà interessanti la proprietà
del sistema nel suo complesso la sua funzione
non può essere necessariamente previsto da
guardando le singole parti perché
sistemi dinamici non lineari hanno
proprietà emergenti e nell’uomo di
Naturalmente uno dei più importanti
le proprietà emergenti sono probabilmente
coscienza per capire cosa
il cervello umano è come un computer
capire la sua struttura possiamo prima di
tutti cercano di mapparlo possiamo separare il
corteccia cerebrale nel suo distinto
parti anatomiche e funzionali e provare
per avere una maniglia su di loro e poi guardare
come interagiscono ora le persone lo sanno
per centinaia di anni che l’umano
il cervello era diviso in diversi
parti funzionali e hanno provato
per lo più, senza successo, fino a poco tempo a
davvero analizzato – il cerebrale
corteccia la parte principale del cervello umano
che si vede sulla in una diapositiva che
ci distingue principalmente dal basso
animali che hanno cercato di analizzare in ritardo
il cervello usando una varietà di metodi
che erano per lo più infruttuosi
famigerato di questi è frenologia a
la scienza screditata del diciannovesimo secolo
in cui la gente ha provato a guardare il
protuberanze sulla superficie del cranio e
dedurre dal modello di dossi ciò che il
la funzione sottostante era del tessuto
oggi sotto i dossi ci ridiamo tutti
a questo sembra completamente sciocco ma
il phrenologist non era completamente
erano pazzi noi avevamo metodi molto poveri
loro erano 40 poveri scienziati ma loro
ha avuto una buona idea che è quella
il cervello è localizzato funzionalmente e
oggi possiamo mappare il funzionale
localizzazione del cervello usando potenti
metodi come magnetico funzionale
immagine di risonanza quindi ho intenzione di mostrare
sei un esempio di un esperimento fMRI
quel tipo di ti dà un sapore del
tipo di dati che possiamo recuperare da questo
metodo il cervello è inopportuno
ripiegato all’interno del cranio così noi
gonfiandolo computazionalmente ne mettiamo alcuni
fette in esso e lo appiattiamo così
ora stiamo guardando la superficie del
corteccia cerebrale se lo facessimo al tuo
cervello avremmo qualcosa sul
la dimensione di una pizza grande è sorto a sinistra
e un emisfero destro al centro del
schermo mostra il sistema visivo a
l’estrema sinistra e l’estrema destra come la
corteccia prefrontale
ora possiamo dipingere l’attività cerebrale sul
superficie della corteccia cerebrale mentre
qualcuno guarda un film e loro lo sono
semplicemente guardando passivamente questo film e
interpretando ciò che sta succedendo naturalmente
pensa a cosa succede al tuo cervello
quando guardi un film qualsiasi cosa tu
può concepire in questo film deve essere
riflessa da qualche parte nel cervello in
termini di modelli di attività cerebrale
ovviamente puoi vedere la struttura di
il film puoi vedere il muro che puoi
vedi l’acqua puoi vedere i bordi del
schermo puoi vedere trame che puoi vedere
linee orientate quelle sono rappresentate in
una parte del cervello altre parti del
il cervello rappresenta l’informazione che è
riflette gli oggetti e le azioni nel
film che c’è una macchina o un fumaiolo
che c’è del fumo che c’è il flusso d’aria
altre parti del cervello riflettono
informazioni che non sono direttamente nel
film ma è associato con esso per
esempio potresti essere affamato proprio ora così
si potrebbe pensare di cibo o si
potrebbe essere infastidito dal prezzo del gas o
potresti volere un caffè tutti questi
le cose sarebbero rappresentati anche nel
cervello questi desideri ha bisogno di desideri e
associazioni tutte queste cose devono essere
rappresentato da qualche parte che davvero così tu
può pensare al problema del cervello
mappatura come ricerca sistemica
relazioni tra le cose nel
mondo in questo caso le cose nel
film e gli schemi dell’attività cerebrale
quelli saranno ragionevoli
relazioni semplici da mappare
ovviamente ci sarà anche molto
di informazioni nel cervello che non lo è
direttamente nel film il tuo implicito
associazioni che influenzano il tuo ik privato
esperienze precedenti e quelli stanno andando a
essere un po ‘più difficile da mappare ma dentro
principio dovremmo essere in grado di lentamente
nel tempo aggregano una quantità enorme di
informazioni sulle relazioni
tra l’attività cerebrale e il mondo in
ordine di creare mappe funzionali del
cervello quindi ecco i risultati di alcuni
mappare gli esperimenti che sono stati
aggregati insieme in questi esperimenti
avevamo persone che guardavano film o che avevamo
loro ascoltano storie nella risonanza magnetica
macchina probabilmente ha preso questi esperimenti
otto o dieci ore in totale per uno
individuo ma non lo abbiamo fatto a tutti
una volta questi erano esperimenti che lo erano
fatto attraverso settimane di tempo e ora possiamo
prendi queste informazioni essenzialmente questo
è un problema di regressione in cui la X
le variabili sono il mondo delle storie
i film e le variabili Y sono nostre
attività cerebrale
e possiamo usare l’apprendimento automatico e i dati
strumenti di analisi per il recupero funzionale
mappe dell’attività cerebrale e quelle sono
mostrato qui come mappe colorate e il
i diversi colori qui riflettono diversi
tipi di significato che sono rappresentati in
i modelli di attività cerebrale sul
informazioni nelle storie e nei film
ora questi modelli sono giusti
complicato e ricco e questo concettuale
la conoscenza che stiamo mappando questo
l’esperimento particolare è distribuito
largamente attraverso il cervello questo è molto
di informazioni da prendere stiamo facendo un
centomila misure spaziali
attraverso queste mappe corticali e lo è anche
molto a cui pensare
quindi abbiamo creato un visore online del cervello
che puoi effettivamente giocare con il mio
sito web e questo visore online del cervello
ti consente di interagire con queste mappe
per determinare che tipo di concettuale
l’informazione è rappresentata attraverso il
cervello così questo particolare set di dati arriva
da un esperimento di ascolto di una storia dove
la gente ascoltava The Moth Radio Hour
da Public Radio International e ora
possiamo creare mappe che rivelano che tipo
di informazioni è rappresentato a
diverse posizioni nel cervello e
qui clicco su un singolo voxel
giù nel lobo temporale sul lato di
la testa che rappresenta il sociale
informazioni famiglie padri madri
figlie cose che accadono alle famiglie
i matrimoni nascono e così via
sono molte posizioni per rappresentare social
le informazioni qui sono una nel laterale
corteccia prefrontale che rappresenta anche
informazione sociale in effetti tutto il
le macchie rosse su questa mappa rappresentano social
informazioni ci sono altre reti
che rappresentano altri tipi di
informazioni per esempio ecco un punto in
la corteccia parietale posteriore che
rappresenta un’informazione numerica
numeri tempo denaro matematico
equazioni in cui potresti elaborare
il tuo cervello ha qualcosa che riguarda i numeri
è rappresentata questa rete di verde
aree infatti ci sono reti per
centinaia di diversi tipi di
informazioni concettuali ogni pezzo di
informazione concettuale verità sognante
scolpisce qualsiasi cosa tu possa pensare
questi concetti concettuali sono rappresentati
in più posizioni attraverso la superficie
di corteccia e ogni potenziale ciascuno
la posizione sulla corteccia rappresenta
molteplici tipi di informazioni ora di
cervelli dei corsi non sono tutti uguali che vi
sapere che tutti hanno le stesse orecchie a tutti
sente lo stesso
i tuoi pezzetti ma le orecchie di tutti sembrano
leggermente diverso ed è lo stesso per
mente
il cervello di tutti è essenzialmente lo stesso
nella sua forma generale ma in ogni individuo
i cervelli sono diversi e possiamo
aggregare i dati tra diversi cervelli
come si vede qui possiamo vedere che circa
1/3 dell’attività funzionale e
il cervello è condiviso tra individui e
circa 2/3 riflette l’individuo
differenze che sono entrambe evolutive
e differenze esperienziali che sono
riflesso nella funzione ora anche se
ci sono differenze individuali nel
cervello perché il cervello è essenzialmente a
raccolta di fili che sono i nervi
che connettono diverse aree insieme
c’è una relazione molto forte
tra la struttura del cervello e
la funzione del cervello e di
aggregazione di dati su più argomenti
e usando metodi di modellazione computazionale
possiamo creare un modello matematico
collega un’anatomia cerebrale individuale al
distribuzione della funzione attraverso questo
cervello qui mostriamo un particolare
mappa funzionale per un individuo che è
ascoltando storie e questo è un
mappa concettuale a cui sta mappando
mille diversi tipi di oggetti e
azioni che possono verificarsi nelle storie attraverso
un cervello individuale sono circa a
centosessanta diverse aree del cervello
che rappresentano conoscenza concettuale in
queste storie e possiamo farlo per qualsiasi
individuo ora fino ad ora che ho suggerito
a te che il cervello è statico
rappresentano diversi luoghi nel cervello
una certa piccola costellazione di
quantità e quelle
le rappresentazioni sono infatti statiche
non sono il modo in cui il cervello è
progettato che ci sono emergenti
proprietà che si presentano come conseguenza
del compito che si sta tentando di
esegui che in realtà cambi la strada
quell’informazione è rappresentata nel
cervello quindi questo è dati da un semplice
sperimentare dove abbiamo persone
guardare passivamente film contro
assistere agli umani nei film contro
frequentando veicoli nei film e
puoi vedere che le mappe concettuali in
questi tre casi diversi sono
diverso e in realtà le mappe variano
questo minimo nel sistema visivo questi
mappe funzionali molto enormi lis in
corteccia prefrontale perché prefrontale
la corteccia rappresenta piani di pensiero astratti
obiettivi consolano cose del genere e come
cambia il tuo compito con l’attività
la corteccia in realtà rappresenta diversi
tipi di quantità , ad esempio, se
perdi il tuo gatto, la tua corteccia prefrontale
diventa un rilevatore di gatti giganti e tutto
altre funzioni sono soppresse e tu
tutto sta cercando di rappresentare i gatti
per quanto può e questo è vero
praticamente tutte le attività che esegui ora
quella delle cose interessanti su
questi modelli di codifica se sei solo un
civile o no un neuroscienziato è che
una volta che hai un modello computazionale di
il cervello che si riferisce al mondo a
attività cerebrale è possibile invertire quel modello
e puoi convertire il tuo modello di codifica
in un modello di decodifica e può usarlo per
decodificare l’attività cerebrale e in effetti
c’è una inevitabile simmetria tra
cervello e codifica e decodifica del cervello tali
che ogni volta che possiamo creare un migliore
il modello computazionale del cervello che possiamo
sempre per definizione costruisci una migliore
decodificatore del cervello e spesso è a
un po ‘più facile capire che tipo di
informazioni che possiamo recuperare dalla corrente
misurazioni del cervello guardando il decodificatore
quindi mi piacerebbe mostrarti alcuni di questi
come esempi ecco un decodificatore del cervello
questo è solo il recupero di informazioni da
corteccia visiva primaria molto presto
area visiva che rappresenta molto semplice
aspetti della scena come bordi e
trame e colori
in alto a sinistra c’è il film che abbiamo mostrato
due soggetti in alto a destra è
informazioni che stiamo decodificando dal primario
corteccia visiva e due foto in basso
mostrarti le mappe dei bordi che dovrebbero
Corrispondono bene perché lo sappiamo
questa parte del cervello rappresenta i bordi
ecco un decoder che si sta riprendendo
informazioni e decodifica da
aree visive di alto livello queste visuali
aree che non portano davvero molto
informazioni su questo specifico
struttura di una scena la distribuzione di
superfici e colori e trame
portare informazioni sul contenuto di
la scena in cui erano presenti le persone
i loro oggetti presentano il semantico
informazioni sulla scena e puoi vedere
che questo decodificatore funziona anche abbastanza bene
non va bene quando la scena
cambia molto rapidamente come adesso
perché questi RM cambia che siamo
misurando il nostro metabolismo non neurale e
sono abbastanza lenti ma quando la scena
cambia lentamente il decodificatore fa abbastanza a
buon lavoro di recupero di informazioni su
il contenuto semantico della scena così
dove sta andando questa tecnologia
beh, l’analogia che mi piace fare è con
la prima fotografia è la primissima
foto scattata da Joseph
Nietzsche nel sud della Francia nel
inizio del XIX secolo e questo è un male
fotografia giusta per cui nessuno pagherebbe
questa fotografia ma puoi vederlo
è una foto ci sono muri c’è a
orizzonte c’è un tetto che puoi dire è
forse una specie di scena agricola o a
scena del villaggio è una fotografia e
questa fotografia ha lanciato un intero
industria che ha cercato di svilupparsi
la fotografia in ciò che abbiamo oggi
dove la fotografia è così onnipresente e
di così alta qualità che nessuno nemmeno
vuole pagare per quello che si aspettano solo
Scaricalo gratis sui loro telefoni cellulari e
decodifica del cervello cercheremo di perseguire lo stesso
traiettoria finché il governo è
investendo in neuroscienza e
i neuroscienziati stanno lavorando per
capisci il cervello che saranno
sviluppare nuovi metodi di misurazione
quei nuovi metodi di misurazione del cervello lo faranno
ci permettono di creare più sofisticati
modelli computazionali del cervello e
quei modelli computazionali ci permetteranno
decodificare l’attività cerebrale con molto
maggiore fedeltà quindi ad un certo punto nel
futuro abbiamo intenzione di avere molto a buon mercato
decodifica del cervello portatile molto potente
dispositivi che non siamo ancora lì come me
menzionato all’inizio di questo discorso
il cervello è un dinamismo non lineare
sistema e uno dei più importanti
proprietà di questi sistemi è quella in
per capire l’intero dinamismo
affiora il tipo di paesaggio dinamico
è necessario registrare in entrambi gli spazi e
tempo ad altissima risoluzione
contemporaneamente ma in questo momento non lo facciamo
avere metodi che ci permettano di registrare
nello spazio e nel tempo tutti i metodi
o abbiamo sacrificato il tempo o loro
sacrificare lo spazio, ad esempio
RM funzionale il metodo che ho mostrato
voi in precedenza nel discorso che ha una fantastica
risoluzione spaziale ma molto povera
risoluzione temporale perché misura
segnali metabolici cambiamenti nel flusso sanguigno
che sono conseguenti all’attività neurale
non misura cambiamenti neurali
attività stessa, quindi quando siamo non posso
davvero recuperare qualsiasi informazione dinamica a
metodo di consumo molto comune che viene utilizzato
per misurare e decodificare l’attività cerebrale oh
oggi è elettroencefalografia EEG e
l’EEG ha un fantastico temporale
risoluzione ma ha uno spazio orribile
risoluzione così anche se può misurare
accadendo nel tempo non sa dove
quegli eventi sono venuti dal cervello così
tutte le diverse mappe che si verificano nel
il cervello si mescola essenzialmente insieme
e questo è riduce la quantità di
informazioni che possiamo decodificare da EEG a
solo pochi bit ma lo sappiamo
la misurazione del cervello migliora continuamente
perché la comunità delle neuroscienze è molto
focalizzata sul miglioramento della misurazione da allora
i limiti di misurazione sono i principali
fattore che abbiamo limitato i nostri progressi in
neuroscienze oggi così nel futuro noi
stanno per finire con un cervello migliore
metodi di misurazione che recupereranno
informazioni nello spazio e nel tempo e
ad alta risoluzione non sappiamo quando
questo sta per accadere potrebbe essere un
decennio potrebbe essere 20 anni potrebbe essere
50 anni lungo la strada, ma ad un certo punto
probabilmente nelle vite dei giovani
la gente qui ci sarà un cervello
metodo di decodifica che è economico portatile
molto potente e questo diventerà
persone onnipresenti saprai essere in grado
solo indossare un cappello da cervello intorno e avere
i loro pensieri interni decodificarono tutto il
tempo
e questo sarebbe molto profondo
effetto sulla società dopo tutto come faccio
interagire con il mio computer oggi ho usato
questi pollici carnosi che si sono evoluti
miliardi di anni fa milioni di anni
fa ed è un po ‘ folle per me
interagire con il mio cellulare con il mio
pollici quando ho un interno molto buono
discorso un piccolo uomo nella mia testa che è
mi parla continuamente e potrebbe
basta interagire direttamente con il mio cellulare
in effetti tutto ciò che sta succedendo
la tua testa è potenzialmente decodificabile tutto
dei tuoi pensieri interiori le tue intenzioni
desidera i tuoi atteggiamenti in realtà cose
non hai nemmeno quello non hanno nemmeno
raggiunto consapevolezza cosciente, lo sono ancora
potenzialmente decodificabile e tutto il resto
le informazioni saranno decodificate usando il futuro
tecnologia di decodifica del cervello ora che è
entrambi eccitanti e francamente abbastanza spaventosi
perché puoi immaginare tutto l’etico
problemi che questo si aprirà dopo tutto
Gli americani in particolare ma gli esseri umani in
il generale è piuttosto brutto riguardo alla guardia
la loro privacy e ci sono reali
interessante privacy e questioni etiche
stanno per essere aperti quando Google
e Facebook hanno accesso a tutti i tuoi
pensieri più intimi senza filtro da
i pollici giusti che saranno a
mondo molto strano ma è il mondo
vivremo molto presto grazie
per il tuo tempo