Motorische hersenactiviteit, met name de nauwkeurige detectie, kwantificatie- en classificatiemogelijkheden, is van groot belang voor onderzoekers. Ze zoeken naar een betere manier om patiënten met cognitieve of motorische beperkingen te helpen of om de neurorevalidatie van patiënten met letsels aan het zenuwstelsel te verbeteren.

Er is een nauw verband tussen motorische en cognitieve activiteit van het menselijk brein, en onderdrukking van de specifieke ritmische activiteit van neuronen in de sensorimotorische cortex van de hersenen - bekend als het mu-ritme (8 tot 14 hertz) - is een biologische marker van motorgerelateerde hersenactiviteit. Studies tonen aan dat dit kenmerk van motorgerelateerde hersenactiviteit lijdt aan intra- en interindividuele variabiliteit bij het gebruik van traditionele methoden om het te onderzoeken, zoals tijd-frequentieanalyse, ruimtelijke filtering en machine learning.

In het journaal Chaos , Nikita Frolov en collega's van de Innopolis University in Rusland benaderen het probleem vanuit een andere hoek om te zoeken naar een robuuster kenmerk van hersenactiviteit die verband houdt met het uitvoeren van motorische taken.

"We hebben de hypothese naar voren gebracht dat onderdrukking van mu-oscillaties een vermindering van gemeten hersenactiviteitssignalen zal veroorzaken en, bijgevolg, weerspiegelt de vereenvoudiging van de onderliggende neuronale dynamiek, " zei Frolov. "Om dit probleem aan te pakken, we hebben herhalingskwantificatieanalyse toegepast, wat een krachtige gereedschapskist is, om de complexiteit van systemen te onderzoeken door de analyse van de tijdreeksen."

Het werk van de groep bevestigt, Voor de eerste keer, de neuronale dynamiek binnen het sensorimotorische hersengebied dat ten grondslag ligt aan de motorische functies van het menselijk brein kan worden vereenvoudigd.

"We hebben dit gedemonstreerd met behulp van de RQA-toolbox, die fundamenteel verschilt van traditionele methoden voor het kwantificeren van motorgerelateerde hersenactiviteit, "Zei Frolov. "We hebben ook aangetoond dat RQA-maatstaven van complexiteit zeer geschikt zijn om motorische taken te detecteren en te classificeren."

Deze resultaten tonen potentieel voor het ontwikkelen van efficiënte methoden voor het classificeren van hersentoestanden.

"Door nauwkeurig een toestandsruimte in te voeren, je kunt elk natuurlijk systeem beschouwen als een dynamisch systeem. Voor het menselijk brein je kunt toestandsruimte creëren door de gemeten signalen van zijn activiteit als toestandsvariabelen te nemen, ' zei Frolov.

"In onze studie we beschouwen de toestandsruimte die wordt gevormd door de reeks elektro-encefalogrammen (signalen van elektrische activiteit in de corticale gebieden van de hersenen) die zijn vastgelegd in de motorische cortex. Dit stelt ons in staat om de 'staat' van de corticale regio van belang te introduceren en te beschouwen als een dynamisch systeem."

Een van de toepassingen van het werk van de groep is "implementatie van RQA-gebaseerde analyse van elektro-encefalogrammen als een rekenkern van de hersen-computerinterfaces voor online detectie, kwantificering, en training van hersenmotorische functies, ' zei Frolov.

"Dit is niet alleen relevant voor de ontwikkeling van gesloten-lusinterfaces voor motorische vaardigheidstraining tijdens neurorevalidatie, maar ook voor de diagnose van cognitieve en motorische stoornissen en leeftijdsgerelateerde veranderingen."