Princeton-Forscher übereinstimmen Bilder der Gehirnaktivität mit komplexen dachte

In einer Bemühung, zu verstehen, was im Gehirn passiert, wenn eine person liest oder sieht solche abstrakten Ideen, wie Liebe oder Gerechtigkeit, Princeton-Forscher zum ersten mal abgestimmt-Bilder der Gehirnaktivität mit Kategorien von Wörtern bezogen auf die Konzepte eine person denkt. Die Ergebnisse könnten dazu führen, ein besseres Verständnis von, wie Leute denken, Bedeutung und Zusammenhang beim Lesen oder denken.

Die Forscher berichten im Fachjournal “ Frontiers in Human Neuroscience, die Sie verwendeten magnetische Resonanz-funktionelldarstellung (fMRI), um Bereiche des Gehirns aktiviert, wenn die Studie den Teilnehmern Gedanken über die physischen Objekte wie z.B. eine Karotte, ein Pferd oder ein Haus. Die Forscher dann erzeugten eine Liste von Themen rund um die Objekte und verwendet die fMRT-Bilder zu bestimmen, die Aktivität des Gehirns, dass die Worte innerhalb jedes Thema geteilt. Zum Beispiel, Gedanken über „Auge“ und „Fuß“, die ähnliche neuronale Regungen wie andere Wörter mit Bezug zu Körperteilen.

Sobald die Wissenschaftler wussten, die Aktivität des Gehirns ein Thema geweckt, Sie konnten mit fMRT-Bildern allein zur Vorhersage der Themen und Wörter, die eine person wahrscheinlich dachte darüber während der Untersuchung. Diese Fähigkeit zu stecken ist die Aktivität des Gehirns in Worte stellt einen ersten Schritt in Richtung der weiteren Erforschung Themen, die das menschliche Gehirn berührt, während komplexe Gedanken.

„Die grundlegende Idee ist, dass alles, was Gegenstand ist auf jemandes Geist, nicht nur, Themen oder Konzepte, aber auch, Emotionen, Pläne oder sozial orientierte Gedanken-letztlich spiegelt sich in das Muster der Aktivität über alle Bereiche seines Gehirns“, sagte der team-senior researcher, Matthew Botvinick, associate professor in Princeton Department of Psychology und im Princeton Neuroscience Institute.

„Das langfristige Ziel ist, um zu übersetzen, dass die Gehirn-Aktivität Muster in die Worte, die wahrscheinlich beschreiben die ursprüngliche geistige ‚Gegenstand'“ Botvinick sagte. „Man kann sich vorstellen, dies zu tun mit einer psychischen Inhalte, die verbalisiert werden, nicht nur über die Objekte, aber auch über Menschen, Aktionen und abstrakte Begriffe und Beziehungen. Diese Studie ist ein Erster Schritt in Richtung dieses Allgemeinen Ziels.

„Wenn wir Weg ungezügelten Spekulation, man kann sich vorstellen, Jahre ab jetzt in der Lage zu ‚übersetzen‘ die Aktivität des Gehirns in der SCHRIFTLICHEN Ausgabe für Menschen, die nicht in der Lage sind zu kommunizieren, ansonsten, das ist eine spannende Sache zu betrachten. In der kurzen Begriff, unsere Technik könnte verwendet werden, um mehr zu erfahren über die Art und Weise, die Konzepte sind vertreten auf der neuronalen Ebene -, wie sich Ideen miteinander in Beziehung stehen und wie Sie beschäftigt sind oder aktiviert werden.“

Die Forschung, die veröffentlicht wurde. Aug. 23, wurde finanziert durch einen Zuschuss aus dem Nationalen Institut für Neurologische Erkrankungen und Schlaganfall, Teil der Nationalen Institute der Gesundheit.

Darstellung einer person Gedanken über den text eine „vielversprechende und innovative Methode“, dass das Princeton-Projekt führt zu dem größeren Ziel, die Korrelation der Aktivität des Gehirns mit mentalen Inhalten, sagt Marcel Just, professor für Psychologie an der Carnegie Mellon University. Die Princeton-Forscher arbeitete von Gehirn-scans hatte Gerade zuvor gesammelt in seinem Labor, aber er hatte keine aktive Rolle in dem Projekt.

„Das Allgemeine Ziel für die Zukunft ist zu verstehen der neuronalen Kodierung von jeden Gedanken und jede Kombination von Konzepten,“ Gerade sagte. „Die Bedeutung dieser Arbeit ist, dass Sie Punkte, um eine Methode für die Auslegung Gehirn aktivierungsmuster, die entsprechen, um komplexe Gedanken.“

Tracking des Gehirns ’semantische Fäden‘

Weitgehend konzipiert und durchgeführt, in Botvinick lab von lead-Autor und Princeton Postdoc-Forscher Francisco Pereira nimmt die Studie eine derzeit populäre Ansatz der neurowissenschaftlichen Forschung in eine neue Richtung, Botvinick, sagte. Er, Pereira und Co-Autor Greg Detre, die erwarb seinen Ph. D. von der Princeton im Jahr 2010, basiert Ihre Arbeit auf die verschiedenen Forschungs-Bemühungen in den letzten zehn Jahren verwendet, die Gehirn-Aktivität mustern gefangen von fMRT zu rekonstruieren Bilder, die angezeigten Teilnehmer während des Scans.

„Das ‚generative‘ Ansatz-tatsächlich die Synthese etwas, ein Artefakt, aus dem brain-imaging-Daten-ist das, was inspiriert uns in unserem Studium, aber wir erzeugten Wörter, die eher als Bilder,“ Botvinick sagte.

„Der Gedanke ist, dass es viele Dinge, die ausgedrückt werden kann mit der Sprache, die sind schwieriger zu erfassen, in ein Bild. Unsere Studie befasste sich mit konkreten Gegenständen, zu Dingen, die einfach zu setzen in ein Bild, aber schon damals gab es einen interessanten Unterschied zwischen der Erzeugung ein Bild von einem Stuhl und erzeugt eine Liste von Wörter, die eine person assoziiert mit ‚chair.'“

Diese Wort-Assoziationen, führt der Autor Pereira erklärt, kann gedacht werden als „semantische “ threads“ kann dazu führen, dass die Menschen zu denken, die Objekte und Konzepte, die weit von der ursprünglichen Thematik doch seltsam verwandt.

„Irgendjemand wird anfangen, von einem Stuhl und Ihr Verstand wandert zum Stuhl einer Gesellschaft dann zum Vorsitzenden Mao-Sie würden überrascht sein,“ Pereira sagte. „Das Gehirn neigt dazu, zu Driften, mit mehreren Prozessen zur gleichen Zeit. Wenn eine person denkt über eine Tabelle, dann eine Menge von verwandten Wörtern in den Sinn kommen, zu. Und wir dachten, dass wenn wir verstehen wollen, was im Geist einer person, wenn Sie denken, um nichts konkretes, können wir Folgen diesen Worten.“

Pereira und seine co-Autoren arbeitete von fMRT-Bilder der Gehirnaktivität, die ein team unter der Leitung von Einfach und fellow der Carnegie Mellon-Forscher Tom Mitchell, professor of computer science, veröffentlicht in der Zeitschrift Science im Jahr 2008. Für diese scans, neun Menschen wurden vorgestellt, die mit dem Wort und der Abbildung von fünf konkreten Objekten aus 12 Kategorien. Die Zeichnung und Wort für die insgesamt 60 Objekte angezeigt wurden, in zufälliger Reihenfolge, bis jeder hatte sich gezeigt, sechs mal. Jedes mal, wenn ein Bild und Wort erschien, wurden die Teilnehmer gebeten, zu visualisieren, die das Objekt und seine Eigenschaften für drei Sekunden, da die fMRT-scanner die Aufzeichnung Ihrer Gehirnaktivität.

Passende Worte und Aktivität des Gehirns mit verwandten Themen

Separat, Pereira und Detre konstruiert eine Liste der Themen, mit denen die Kategorisierung der fMRT-Daten. Sie verwendet ein computer-Programm entwickelt von der Princeton-Außerordentlicher Professor der informatik David Blei zu verdichten 3.500 Artikel über konkrete Objekte aus der online-Enzyklopädie Wikipedia-zu allen Themen, die die Artikel abgedeckt. Die Artikel enthalten eine Breite Palette von Themen, wie einem Flugzeug, heroin, Vögel und Schaltgetriebe. Das Programm kam mit 40 möglichen Themen — wie Luftfahrt, Drogen, Tiere oder Maschinen — mit welcher die Artikel beziehen könnte. Jedes Thema wurde definiert durch die Worte, die die meisten mit ihm verbunden.

Der computer letztlich erstellt eine Datenbank der Themen und die damit verbundenen Worte, die frei von den Forscher “ Verzerrungen, Pereira sagte.

„Wir lassen die software zu erkennen, die Faktoren, aus denen sich Bedeutung als vielmehr besagt es uns,“ sagte er. „Es besteht immer die Gefahr, dass wir verhängen unsere vorgefassten Vorstellungen von der Bedeutung Worte haben. Plus, ich kann identifizieren und zu beschreiben, zum Beispiel, ein Vogel, aber ich glaube nicht, dass ich eine Liste aller Eigenschaften, die ein Vogel ein Vogel. Also statt zu postulieren, lassen wir den computer finden semantische Fäden in einer unüberwachten Art und Weise.“

Das Thema Datenbank ließ die Forscher Objektiv ordnen Sie die fMRI Bilder durch Thema, Pereira sagte. So zu tun, das team gesucht, die Gehirn-scans von verknüpften Objekten für ähnliche Aktivität zu bestimmen, gemeinsamen Gehirn-Muster, das für einen ganzen Gegenstand, Pereira sagte. Die neuronale Reaktion, darüber nachzudenken, „Möbel“, zum Beispiel, war bestimmt durch die gemeinsame Muster finden sich in der fMRT-Bilder für „Tisch“ „Stuhl“ „Bett“, „Tisch“ und „dresser.“ Zur gleichen Zeit, das team eingerichtet, alle Wörter, die im Zusammenhang mit „Möbel“, durch die passenden jede fMRT-Bild mit den zugehörigen Worten aus der Wikipedia-Liste.

Basierend auf der ähnlichen Aktivität des Gehirns und Verwandte Wörter, Pereira, Botvinick und Detre dem Schluss, dass die gleichen neuronalen Antwort würde erscheinen, wenn eine person, der Gedanke an Sie die Wörter im Zusammenhang zu Möbel, Pereira sagte. Und ein Wissenschaftler zu analysieren, die Aktivität des Gehirns würden wissen, dass die person dachte, der Möbel. Die gleichen Folgen würde, zu jedem Thema.

Durch die Verwendung von Bildern zur Vorhersage der Wörter auf a person ‚ s mind

Schließlich, um sicherzustellen, dass Ihre Methode war genau, führten die Forscher einen blinden Vergleich von jedem der 60 fMRT-Bilder gegen jeden der anderen. Ohne zu wissen, die Objekte sind die Paare von scans handelte, Pereira und seine Kollegen geschätzt, die Anwesenheit von bestimmten Themen auf einen Teilnehmer, den Geist ausschließlich auf der Grundlage der fMRT-Daten. Die Kenntnis der geltenden Wikipedia-Themen für ein Gehirn-Bild, und die Schlüsselwörter für jedes Thema, Sie konnte voraussagen, die wahrscheinlich eine Wortgruppe, die im Zusammenhang mit der Gehirn-Bild.

Die Forscher fanden heraus, dass Sie selbstbewusst bestimmen, von einem fMRT-Bild das Allgemeine Thema auf einen Teilnehmer ist der Meinung, aber das entschlüsseln bestimmter Objekte war schwieriger, Pereira sagte. Sie könnten zum Beispiel vergleichen Sie den fMRI scan für „Karotte“ vor, für „Kuh“ und sicher sagen, dass die Zeit der Teilnehmer hatte gedacht, über Gemüse im ersten Beispiel, anstatt von Tieren. Wiederum, Sie könnten sagen, dass die person, die die meisten wahrscheinlich gedacht, andere Wörter zu Gemüse, anders als Worte, die im Zusammenhang mit Tieren.

Auf der anderen Seite, wenn die Suche nach „Karotte“ war im Vergleich zu, dass für „Sellerie“ Pereira und seine Kollegen wussten die Teilnehmer hatte sich überlegt, Gemüse, aber Sie konnte nicht erkennen Verwandte Wörter eindeutigen entweder-Objekt.

Ein Ziel für die Zukunft, Pereira sagte, ist die Feinabstimmung der Gruppe Methode empfindlicher auf solche Details. Darüber hinaus hat er Botvinick und haben begonnen, die Durchführung von fMRT-scans auf Menschen, die Sie Lesen in einer Bemühung zu beobachten, die verschiedenen Themen der Verstand greift.

„Im wesentlichen,“ Pereira sagte, „wir haben einen Weg gefunden, um im Allgemeinen identifizieren, die geistige Inhalte durch den text in Bezug auf Sie. Können wir jetzt erweitern, dass die Funktion noch weiter die Tür öffnen, zu beschreiben, Gedanken, die nicht zugänglich sein, dargestellt mit Bildern.“

Schreibe einen Kommentar