Imaging Human Brain Activity in Motion | Klaus Gramann | TEDxTUBerlin

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scienziato e Arthur Lyle Watson una volta
disse se il cervello fosse così semplice che noi
potrebbe capirlo
eravamo davvero così semplici che non potevamo e
questa citazione descrive bene l’enorme
sfida scientifica che affrontiamo
cercando di capire il cervello umano e
come funziona come si relaziona con il nostro
capacità cognitive e anche se finite
negli ultimi decenni abbiamo fatto enormi
i progressi nei metodi di imaging cerebrale trovano
nuove intuizioni su come il cervello
funziona come l’ architettura del
il cervello è strutturato e come questo si collega
a complesse abilità cognitive come
orientamento della percezione spaziale e memoria
molti altri ancora direi che noi
fondamentalmente non ho idea di come il cervello
funziona davvero nel nostro naturale
ambienti e questo è perché il cervello
i metodi di imaging indagano sul cervello umano
dinamica nei partecipanti che sono
disteso supino e uno scanner quello
sono seduti in oscure stanze sperimentali
non è permesso di muoversi affatto c’è
perché i sensori sono troppo pesanti
seguire i movimenti dei partecipanti come in
una risonanza magnetica o diverse tonnellate o perché
il movimento induce movimenti correlati
artefatti che distorcono il debole segnale
di interesse che ha origine nel cervello
quindi la mia tesi qui è che se noi
voglio davvero capire l’umano
cervello e come funziona naturalmente noi
dobbiamo lasciare il laboratorio standard istituito noi
andare e misurare l’attività cerebrale
e comportarsi attivamente con gli umani come adesso
abbiamo registrato milioni di bit di
informazioni riguardanti l’attività cerebrale e
lo confrontiamo con un po ‘ di comportamento
un pulsante premuto alla fine della prova
sembra essere fondamentale
disallineamento e ciò riflette come nostro
il cervello funziona nel nostro ambiente naturale
avere seri dubbi
il cervello si è evoluto ed è molto altamente
organo che consuma energia e si è evoluto
fondamentalmente per sopravvivere per aumentare il
probabilità di sopravvivenza dell’essere umano
specie non è sufficiente a svilupparsi
visione dei colori per essere in grado di percepire il
livello di salute o stati emotivi di
altre persone è per selezionare il
piano d’azione appropriato se un
primate dal viso arancione e di cattivo umore
concetto non è sufficiente ricordare
che un frutto rosso ha livelli di zucchero più alti
di un frutto verde o di quello serio
cibo odore strano ti fa male, è
per ricordare dove trovare la Sugar Lane
frutta di nuovo o per inibire mangiare cibo
quella è troppo vecchia percezione è per azione
e la memoria non è retrospettiva ma
prospettiva non si evolve in
rievoca il passato a cui si è evoluto
essere meglio preparati per l’ azione nel
futuro quindi lascia che ti dia due esempi
perché il comportamento o l’azione è così importante
per la cognizione e perché è importante
per le dinamiche cerebrali, te lo mostrerò
un video di una singola cella che registra in
rosso così negli studi sugli animali possiamo registrare
attività cellulare negli animali in movimento attivo
e questo mostra la stretta relazione di
comportamento del movimento e dinamiche cerebrali
quello che vedrai è un rosso
correre su una pista sopraelevata e
quello che stai per sentire è il licenziamento
di singole celle in profondità nel super rosso
campus nel profondo del cervello di quell’animale
quel fuoco ogni volta che il topo è in a
luogo specifico è per questo che questi luoghi
le celle sono chiamate celle del luogo, quindi qui
può vedere il rosso e ora il rosso è
muovendo e senti il lancio di
celle di luogo diverse e alcune celle
fuoco quando il rosso è in un posto specifico
altre cellule spareranno quando il rosso è in
un posto diverso con quel tipo di
informazioni in altre cellule come i ricchi
cellule e cellule sensibili alla voce
roditore è in grado di calcolare un perfetto
rappresentazione metrica del nostro ambiente
possiamo fare lo stesso che abbiamo
cella e gli stessi tipi di cella nel nostro
cervello quindi il punto qui è che il
l’attività di queste cellule è ovviamente
influenzato dal comportamento attivo di
movimento attraverso lo spazio il secondo
esempio che vedrai è
attività di nuovo attività a cellula singola di
cellule nel cervello di una mosca di frutta e
l’attività è stata misurata in due
condizioni diverse era una condizione
la mosca della frutta riposava senza muoversi
tutto e il secondo condiziona il frutto
volare era in volo il trucco qui è quello
la mosca della frutta è incollata ad un bastone
non si muove veramente nello spazio vola
ma non si muove in entrambe le condizioni del
la mosca della frutta percepisce esattamente l’identico
input visivo e se si guarda certo
regione del cervello che puoi vedere
qui a sinistra l’attività
quello è il cervello la parte superiore di quello
animale e qui vedi l’attività di
alcune cellule in quel cervello in un’area
che non è direttamente correlata al motore
output che non è l’area che controlla
volando ma c’è altro computazionale
le cose e il momento in cui l’animale è
in volo puoi vedere che l’attività
cambia radicalmente in pratica
indicando che i cambiamenti comportamentali
State anche se non vi state spostando
vedere le stesse cose portare completamente a a
cambiamento nello stato dinamico del cervello più
importante il movimento stesso farà
portare all’output sensoriale che verrà utilizzato
per raggiungere un sensore obiettivo azione nel tuo
entra nel tuo sistema vestibolare
il vostro nell’orecchio che fornisce la base
per equilibrio per movimento e orientamento
cambiamenti nello spazio e come reagisci
quello con il tuo corpo e la postura eretta
fondamentalmente ti fornisce tutto il
informazioni che è necessario calcolare
relazioni spaziali con fuori visuale
input puoi testarlo facilmente Mi dispiace
ma ho il primo discorso che devo chiedere
per favore alzati sul serio, okay
guardati intorno e cerca di aggiustarlo come uno
delle finestre guardano una certa
oggetti che vedi in questa stanza e
ora guardami di nuovo per favore e chiudi il tuo
gli occhi ti tengono gli occhi chiusi finché non lo dico
per aprirli di nuovo e ora lentamente
accendi il posto alla tua destra lentamente
fino a quando dico stop turn turn around on
sei sul posto girare intorno a te
in giro
rotazione del corpo svolta volta giro volta giro
di più e fermarsi e ora senza aprire
i tuoi occhi si prega di tornare indietro per affrontare il
oggetto che hai appena fissato prima se
hai fatto così apri gli occhi e tu
vedi che dovresti essere più o meno
essere in grado di affrontare con precisione questo spazio
Posizione di nuovo, grazie mille
quindi in pratica sei stato in grado di aggiornare a
posizione nello spazio che non potresti vedere
durante la rotazione attiva hai cambiato la tua
posizione e orientamento nello spazio e
hai ancora completato e trova
rappresentazione accurata di dove
la posizione dell’oggetto era senza input visivo
questa è una dimostrazione di quanto sia importante
i nostri sensi corporei sono per la cognizione e
per altri processi superiori troppo così in
imaging cerebrale standard o stabilito
studi um non abbiamo i mezzi per
investigare i partecipanti in movimento come me
ha detto che gli scanner sono troppo pesanti o noi
hanno paura dei movimenti correlati
distorsioni del segnale così come facciamo noi
misurare l’attività nel movimento attivo
i partecipanti 10 anni fa ho iniziato a
lavorare con la torta di zucca dal
Università della California a San Diego
e abbiamo sviluppato un nuovo corpo del cervello mobile
l’imaging l’abbiamo chiamato corpo del cervello mobile
Imaging o cortometraggio quindi Ferriss lo sono
si unì a noi dall’università di
Michigan ora Florida per condurre una serie
di esperimenti in cui abbiamo studiato
partecipanti che camminano in piedi e
in esecuzione nel loro ambiente interagendo
con il loro ambiente per meglio
capire come funziona la dinamica cerebrale
somos di imaging del corpo del cervello fondamentalmente
supera le restrizioni di stabilito
metodi di imaging del cervello usando portatile
sistemi EEG mobile 25 anni fa questo
non sarebbe stato possibile questo non è un
Sistema EEG a 32 canali mobile
trasferimento completo dei dati in modalità wireless
alla tua mano a qualunque tipo di cellulare
dispositivo che pensi Bluetooth o qualsiasi altra cosa
tipo di protocollo questa è tecnologia
sviluppato di recente e che ci permette di
annotazione esempio attività elettrica del
cervello originario del cervello in
partecipando attivamente ai partecipanti comunque
se vuoi capire come si muove e
influenza l’attività cerebrale quindi dobbiamo
pensare
bello l’ eg con il movimento così abbiamo
per sincronizzare ad esempio con motion capture in
Inoltre possiamo sincronizzare altri dati
flussi come testa montata virtuale
fisiologia periferica della realtà qualunque
si desidera sincronizzare ci sono voluti
alcuni anni per superare il tecnico
sfide di sincronizzazione wireless
flussi di dati megabyte con limitato
larghezza di banda senza ritardi e il
diversi flussi di dati ma ora abbiamo
due giri uno a San Diego e uno qui
a Berlino
è fantastico, è il muro di Berlino
dal cervello dall’immaginare la parte qui a
il tavolo Berlino che è un dedicato
impianto di ricerca altri due dal corpo del cervello
esperimenti di imaging e cosa sarebbe
sembra così qui vedi un partecipante
in un esperimento e lei fondamentalmente lo fa
esattamente lo stesso di quello che ti ho appena chiesto
fare il mantenimento dell’orientamento mentre
girando sul posto e ci interessa
cercando di vedere quali aree del cervello
rappresentano quel tipo di vestibolare e
informazione propriocettiva che viene utilizzata
per riorientare verso un certo titolo
orientamento e ciò che puoi vedere è a
160 canali cap di amplificazione attiva
EEG sul collo e sopra il cappello
misurare l’attività elettrica del
cervello e muscoli del collo in aggiunta
questo è sincronizzato con il movimento
cattura puoi vedere i LED rossi che
permettici di tracciare l’ orientamento della posizione
cambiamenti di partecipanti testa busto
la cattura del movimento di tutto il corpo e questo è
sincronizzato con il cappello montato virtuale
sistema di realtà qui che ci permette di
controllare input visivi e come Margaret
Wilson lo ha ben definito cognitivo
I processi sono profondamente radicate nel
l’interazione del corpo con il mondo che sono
andando a mostrarvi un esempio di un
esperimento che ha chiaramente dimostrato
anche le dinamiche cerebrali sono profonde
influenzato dal comportamento attivo e quello
che cambia la cognizione in una parola in più
i dati perché i partecipanti si stanno muovendo
e producono movimenti correlati
artefatti che contaminano pesantemente il
segnale di interesse quindi dobbiamo usare
approcci di analisi guidati dai dati
dissociare il cervello per attività non cerebrale
come i movimenti oculari della muscolatura del collo
o effetti artistici indotti meccanici dovuti a
il movimento cavi via ed elettrodo
movimenti quindi abbiamo bisogno di avanzati
metodi computazionali per dissociarli tutti
questi diversi contributi a
dati di livello del sensore che registriamo così sono
andando a mostrarti un esperimento e qui
abbiamo fondamentalmente esportato un affermato
esperimento che conosciamo in psicologia
per decenni, ora, dove i partecipanti hanno
per rispondere a un obiettivo che appare su
lo schermo e confrontiamo due condizioni
qui abbiamo confrontato i partecipanti in
una condizione doveva semplicemente premere a
pulsante ogni volta che cambia una sfera in movimento
il colore al colore target e nel
seconda condizione abbiamo chiesto ai partecipanti
puntare e intercettare attivamente il
traiettoria di quella sfera in movimento così qui
puoi vedere il setup e puoi vedere a
il partecipante mostra fondamentalmente motivati
azione non semplicemente seduto di fronte a
schermo e basta premere un pulsante ma
questa è la condizione di puntamento attiva
qui quello che puoi vedere è la sfera
si muove cambia colore e poi
ai partecipanti viene chiesto di rispondere
che toccando la sfera in movimento così
questo tipo di attività è naturale
attività che osserviamo nel nostro quotidiano
vita quasi ogni due minuti se
ti piacerebbe bere un po ‘d’acqua usando
un bicchiere di fronte a voi quello che hai da
devi afferrare il vetro prima
che devi codificare la posizione di
un bicchiere rispetto al tuo corpo
la posizione di quell’oggetto è codificata in base
su un sistema di coordinate argomento originale
questo è un sistema di coordinate che è
centrato nei tuoi occhi però se tu
vuoi capirlo devi metterlo in riga
sistema di coordinate retinotopico con a
sistema di coordinate della tua mano perché
vuoi afferrare quel bicchiere che è
collegato al tuo braccio che è centrato
nella tua spalla fornendone un altro
sistema di coordinate che deve essere allineato
con il sistema di coordinate visivo a
consentire il movimento controllato questo è pesante
calcolo non lo notiamo affatto
è un compito semplice per noi apparentemente ma
le richieste computazionali sottostanti
che sono davvero grandi se lo paragoni
e fai muovere il vetro come in questo
sperimentare l’oggetto sta muovendo il
il carico computazionale aumenta parietale
corteccia un’area nel cervello da qualche parte
ecco una delle aree della corteccia che
tra le altre funzioni fornisce la base
per l’integrazione di diversi
sistemi di coordinate
non è coinvolto nell’esecuzione del motore
elabora anche se non è un’area motoria
è un’area di integrazione multi modale qui
puoi vedere l’ attività di diversi
partecipanti localizzati al cervello e
tre diverse prospettive che tu
può vedere qui e questo è parietale
corteccia e noi eravamo interessati a questo
la regione del cervello contribuisce al sensore
livello di dati che registriamo e che cosa
Potete vedere qui in questa foto è sul
lato sinistro il tempo di attività bloccato
all’inizio del cambiamento di colore nel
condizione sul lato sinistro
i partecipanti dovevano semplicemente premere a
pulsante e puoi vedere che un bersaglio
questo appare e questa è la risposta
rilevante porta a un’attività significativa
nella corteccia parietale nell’intervallo di tempo
che ci aspetteremmo dai tradizionali
studi di imaging cerebrale se si guarda al
condizione di puntamento comunque si vede
importantemente sono aumentato in modo significativo
attività anche se quell’area non lo è
coinvolto nell’eseguire il motore in questo modo
mostra che un calcolo continuo e
allineamento del diverso sistema di coordinate
in un mondo che cambia dinamicamente
semplicemente computazionalmente più costoso
i dati che vediamo negli esperimenti di Mobe
non sono paragonabili ai dati che noi
sapere dall’immaginazione cerebrale consolidata
studia perché limitiamo tutti questi
aspetto del comportamento naturale del naturale
interazione con un complesso e
ambiente che cambia dinamicamente siamo
lontano dalla comprensione di come il cervello
funziona davvero da dove andiamo
qui con il movi, se siamo in grado di
capire come il comportamento attivo
influenza la cognizione e le dinamiche cerebrali
e come cervello e AMEX durante l’attività
comportamento cambiato aspetti motori e
processi cognitivi avremo a
migliore comprensione di un aspetto importante
di come funziona il nostro cervello umano e
funzioni con cui possiamo investigare
l’impatto del movimento sulla percezione perché
e come funziona la nostra percezione del
cambiamenti di ambiente quando eseguiamo
alcuni programmi motori qual è il
relazione di movimento a spaziale
orientare le abilità e il sottostante
dinamiche cerebrali o memoria in generale
se sappiamo meglio come controlla il cervello
comportamento motorio possiamo sviluppare meglio
approcci diagnostici e terapeutici a
trattare l’umore o l’umore o il movimento del motore
disturbi come l’ictus del Pakistan ISM
la riabilitazione dei pazienti ci avvicina
aprire un nuovo universo di nuovi approcci
compreso il sistema nervoso centrale
attività per migliorare la cognizione e
movimento e più importante per me lo facciamo
ottenere una migliore comprensione di come
funzioni cerebrali naturalmente incorporate in un
uomo attivo
interagendo con l’ anonimato che cambia
mondo grazie
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