Uma neuronet ajuda a diagnosticar conexões enfraquecidas entre diferentes partes do cérebro

(A) A linha do tempo da tarefa motora única; (B) o sistema internacional “10–10” de colocação de eletrodos utilizado neste estudo, com as áreas de interesse selecionadas com retângulos coloridos. O retângulo verde corresponde ao córtex motor da linha média (MCz={Cpz,Cz,FCz}), e a área azul destaca o lobo parietal (P={P4,Pz,P3}); (C) um exemplo de dados de EEG filtrados na banda teta (4–8 Hz). Aqui, a conectividade funcional é calculada entre as áreas cerebrais MCz e P, com base em gravações multivariadas de EEG. Na linha superior, a média de sEMG sobre o grupo YA é mostrada. O sinal sEMG é filtrado na faixa de 10 a 100 Hz; (C) trajetórias tridimensionais dos subconjuntos MCz e P; (D) a inferência da dependência funcional, onde P

Juntamente com colegas da Universidade de Innopolis, cientistas da Universidade Federal Immanuel Kant Baltic usaram métodos de aprendizado de máquina para estudar a mudança de conexão e coordenação de diferentes partes do cérebro com a idade.

Aconteceu que pessoas idosas usam neurônios responsáveis ​​pelo planejamento e aprendizado ao realizar movimentos familiares simples. Isso confirma a ideia de que é mais difícil para eles adquirir novas habilidades motoras e reter as já existentes. O estudo pode ser útil para encontrar recomendações para manter a função cerebral em idosos.

Os resultados do estudo são publicados em Sensores.

Todas as estruturas cerebrais interagem entre si trocando sinais elétricos entre as células nervosas. A função cerebral normal requer a interação constante de um grande número de neurônios, o que garante conectividade funcionalou mais simplesmente, a coerência das diferentes partes do cérebro.

A conectividade funcional de pessoas com autismo, doença de Alzheimer e esclerose múltipla é frequentemente prejudicada. O sinal mais comum da doença neurológica é uma interrupção na redes neurais entre partes distantes do cérebro. Por exemplo, os responsáveis ​​pela atividade motora e funções cognitivas como memória e atenção. Como resultado, torna-se mais difícil para uma pessoa aprender coisas novas, como línguas estrangeiras, instrumentos musicais e desenho. Além disso, essas conexões são sensíveis às mudanças relacionadas à idade.

Juntamente com a Innopolis University (Innopolis), cientistas da Immanuel Kant Baltic Federal University desenvolveram um método baseado em aprendizado de máquina para avaliar a conectividade funcional entre diferentes partes do cérebro para pessoas de diferentes idades. O estudo envolveu dez jovens e dez pessoas mais velhas.

Cada um deles tinha quinze sensores de registro de encefalogramas acoplados a diferentes partes das cabeças. Isso ajudou a estudar a atividade de diferentes partes do cérebro. Os cientistas estavam principalmente interessados ​​nos lobos parietal e frontal, bem como na córtex motor porque conectam os neurônios responsáveis ​​pela percepção do sinal (função sensorial) e movimento (função motora).

Ambos os componentes são cruciais para o controle normal das ações. Os autores registraram atividade cerebral sob duas condições: quando os participantes estavam em um estado relaxado, e quando eles repetidamente fechavam a mão em punho e depois relaxavam por um sinal.

Os eletroencefalogramas obtidos como resultado do experimento foram analisados ​​por uma rede neural de aprendizado profundo. Ajudou a estudar se a conexão entre as partes motoras e sensoriais do cérebro foi estabelecida durante o desempenho da tarefa e, em caso afirmativo, quão forte era. Descobriu-se que o córtex foi ativado de forma diferente em diferentes faixas etárias.

Assim, ao realizar movimentos simples com as mãos, os sujeitos mais velhos, comparados aos jovens, estavam ativando uma atividade neural lenta na chamada faixa teta. Isso era comum para aprender e realizar algum tipo de ação pela primeira vez. Os autores do estudo sugeriram que a razão para esse fenômeno é uma diminuição da plasticidade cerebral dos idosos.

Isso leva ao fato de que, para realizar ações simples e familiares, eles precisam envolver mais conexões neuronais do que os jovens. Ao mesmo tempo, a conectividade funcional das diferentes partes do cérebro foi mais forte para os participantes mais jovens do experimento. Além disso, eles tinham mais memória motora envolvida na realização dos movimentos, então a atividade dos neurônios na frequência relacionada ao aprendizado e planejamento foi reduzida.

Isso mais uma vez confirma a suposição de que, com a idade, torna-se mais difícil adquirir novas habilidades motoras, sendo necessário mais esforço para realizar tarefas motoras.

“Nossos resultados mostraram que o modelo de conectividade funcional se alinhou bem com as ideias atuais sobre o efeito do envelhecimento saudável na ativação neuronal. No futuro, planejamos investigar outros tipos de interações interneuronais no cérebro além dos sensório-motores”, diz Elena Pitsik, pesquisadora júnior do Centro Báltico de Inteligência Artificial e Neurotecnologia.

Fornecido pela Fundação Russa para Pesquisa Básica