Оптоволоконная ручка позволяет заглянуть в мозг детей с нарушениями способностей к обучению
За сумму менее чем в $100 исследователи из Университета Вашингтона разработали планшет с компьютерным интерфейсом, помогающий учёным следить за мозгом детей с нарушениями способностей к обучению, в то время как они читают и пишут.
Устройство и проводимое при его помощи исследование направлены на изучение образцов мозга детей и были представлены 18 июня на встрече Организации по созданию карты человеческого мозга (Organization for Human Brain Mapping) в Сиэтле.
Описание устройства, созданного центром Развития и Нарушений человека при Университете Вашингтона, было опубликовано весной в онлайн-журнале Sensors.
«Учёным требуется инструмент, который позволит наблюдать в режиме реального времени за функционированием мозга при чтении и письме», полагает Томас Льюис (Thomas Lewis), директор лаборатории инструментальной разработки при центре. «Мы знали, что оптоволокно станет подходящим инструментом. Вопросом было лишь, как его использовать».
Для создания системы Льюис с инженерами Фредериком Рейнцем (Frederick Reitz) и Кельвином Ву (Kelvin Wu) просверлили отверстие в шариковой ручке и вставили туда два оптических волокна, которые связаны со светонепроницаемым корпусом в контрольной комнате, где записываются движения ручки. Также был создан простой деревянный планшет для закрепления листа бумаги, напечатанной с постоянно меняющимися цветовыми градиентами. Ручка и планшет позволяют наблюдать за процессом написания при помощи функциональной магнитно-резонансной томографии, оценивая поведение и функционирование мозга.
Это не первая подобная разработка пишущего совместимого с МРТ устройства, однако, самая дешёвая. Используются по большей части компоненты, уже имеющиеся в лабораториях, такие как компьютер. Остальные комплектующие – ручка, волокна, планшет и бумага – стоят менее ста долларов. Специальное программное обеспечение отслеживает все аспекты письма данной ручкой, от порядка написания символов до скорости, задержек, отрыва ручки от планшета и т.д. Понимание того, как эти физические проявления совпадают с активностью мозга, может помочь вовлечённые в процесс нейронные связи.
В экспериментах приняли участие 11- и 14-летние дети с дислексией или дисграфией, а также здоровые дети, у которых подобных нарушений не было. Участники наблюдали за символами на экране, в то время как МРТ сканировал активность их мозга. Планшет с ручкой располагался у них на коленях.
Участникам было дано задание на 4-минутное чтение текста и письменные задачи. Затем их попросили мысленно представить процесс написания сочинения, которое затем было написано без МРТ-наблюдения. Это мыслительное представление во многих случаях вызывало такую же реакцию мозга, как и настоящее написание сочинения.
«Когда вы представляете, как будете писать письмо, активируются те же самые участки мозга, что и при реальном написании письма», говорит Тодд Ричардс (Todd Richards), профессор рентгенологии. «Разница только в отсутствии двигательной активности и связанной с ней импульсов».
Ричардс и группа исследователей только начинают анализировать собранные в ходе исследования данные от трёх десятков участников, но уже обнаруживают некоторые удивительные результаты. «Существуют определённые центры и нервные пути, активности от которых мы не ожидали увидеть. Существуют хорошо известные пути, связанные с языковой активностью. Моторные пути дают возможность осуществлять движения. Однако, как конкретно они связаны с «исполнительными органами», пока неясно».
Помимо отклонений, связанных с неспособностью к обучению, разработанные приборы могут помочь выявлять у взрослых пациентов причины проблем двигательного характера, как инсульты, рассеянный склероз и болезнь Паркинсона.
«Существуют заболевания, при которых пациент неспособен осуществлять нормальное плавное движение рук, или же полностью парализован. Наши приборы могут помочь и в исследовании данных неврологических заболеваний».
Устройство и проводимое при его помощи исследование направлены на изучение образцов мозга детей и были представлены 18 июня на встрече Организации по созданию карты человеческого мозга (Organization for Human Brain Mapping) в Сиэтле.
Описание устройства, созданного центром Развития и Нарушений человека при Университете Вашингтона, было опубликовано весной в онлайн-журнале Sensors.
«Учёным требуется инструмент, который позволит наблюдать в режиме реального времени за функционированием мозга при чтении и письме», полагает Томас Льюис (Thomas Lewis), директор лаборатории инструментальной разработки при центре. «Мы знали, что оптоволокно станет подходящим инструментом. Вопросом было лишь, как его использовать».
Для создания системы Льюис с инженерами Фредериком Рейнцем (Frederick Reitz) и Кельвином Ву (Kelvin Wu) просверлили отверстие в шариковой ручке и вставили туда два оптических волокна, которые связаны со светонепроницаемым корпусом в контрольной комнате, где записываются движения ручки. Также был создан простой деревянный планшет для закрепления листа бумаги, напечатанной с постоянно меняющимися цветовыми градиентами. Ручка и планшет позволяют наблюдать за процессом написания при помощи функциональной магнитно-резонансной томографии, оценивая поведение и функционирование мозга.
Это не первая подобная разработка пишущего совместимого с МРТ устройства, однако, самая дешёвая. Используются по большей части компоненты, уже имеющиеся в лабораториях, такие как компьютер. Остальные комплектующие – ручка, волокна, планшет и бумага – стоят менее ста долларов. Специальное программное обеспечение отслеживает все аспекты письма данной ручкой, от порядка написания символов до скорости, задержек, отрыва ручки от планшета и т.д. Понимание того, как эти физические проявления совпадают с активностью мозга, может помочь вовлечённые в процесс нейронные связи.
В экспериментах приняли участие 11- и 14-летние дети с дислексией или дисграфией, а также здоровые дети, у которых подобных нарушений не было. Участники наблюдали за символами на экране, в то время как МРТ сканировал активность их мозга. Планшет с ручкой располагался у них на коленях.
Участникам было дано задание на 4-минутное чтение текста и письменные задачи. Затем их попросили мысленно представить процесс написания сочинения, которое затем было написано без МРТ-наблюдения. Это мыслительное представление во многих случаях вызывало такую же реакцию мозга, как и настоящее написание сочинения.
«Когда вы представляете, как будете писать письмо, активируются те же самые участки мозга, что и при реальном написании письма», говорит Тодд Ричардс (Todd Richards), профессор рентгенологии. «Разница только в отсутствии двигательной активности и связанной с ней импульсов».
Ричардс и группа исследователей только начинают анализировать собранные в ходе исследования данные от трёх десятков участников, но уже обнаруживают некоторые удивительные результаты. «Существуют определённые центры и нервные пути, активности от которых мы не ожидали увидеть. Существуют хорошо известные пути, связанные с языковой активностью. Моторные пути дают возможность осуществлять движения. Однако, как конкретно они связаны с «исполнительными органами», пока неясно».
Помимо отклонений, связанных с неспособностью к обучению, разработанные приборы могут помочь выявлять у взрослых пациентов причины проблем двигательного характера, как инсульты, рассеянный склероз и болезнь Паркинсона.
«Существуют заболевания, при которых пациент неспособен осуществлять нормальное плавное движение рук, или же полностью парализован. Наши приборы могут помочь и в исследовании данных неврологических заболеваний».
Диабет и гипертензия в среднем возрасте ведут к повреждению мозга