Люди хорошо умеют определять, происходят ли разные вещи одновременно, например, мигают ли два огонька вместе или нет. Когда два взмаха движутся с регулярным движением, легко определить, есть ли какие-то временные отношения или "синхронизация".«Однако траектория движения некоторых объектов, таких как воздушные змеи, может быть очень сложной, но все же иметь некоторую закономерность, даже если наши глаза могут не следить за ней; такие системы называются« хаотическими ».«В физике хаос не означает отсутствие порядка; он указывает на наличие очень сложного типа порядка. Такие ситуации можно встретить в самых разных сценариях, включая активность нейронов.
Когда траектории, которые не обязательно соответствуют физическому движению и могут вместо этого представлять электрические сигналы, достаточно сложны, становится сложно определить, синхронизированы ли они.
Во многих случаях только некоторые аспекты их движения могут быть взаимосвязаны. Следовательно, измерение синхронизации затруднено и является предметом исследований на протяжении десятилетий.
Обычно, когда траектория приблизительно повторяется в цикле, полезно учитывать, в какой точке этого цикла находится наблюдаемая нами система в данный момент времени; мы называем это "фазой".«Между тем, когда траектория нерегулярна, размер петли также изменяется, и каждый цикл может быть больше или меньше предыдущего; это называется« амплитудой.«Эти два аспекта независимы и могут быть извлечены из любого сигнала с помощью математического трюка, который называется« аналитический сигнал »."
Измерение того, связаны ли фазы двух систем ("фазовая синхронизация"), имеет решающее значение во многих областях.
Получение степени фазовой синхронизации между всеми возможными комбинациями электродов представляет собой хороший способ угадать, о чем кто-то думает, с помощью напряжений, измеренных на их коже черепа на электроэнцефалограмме. Такие методы еще не очень детализированы, но могут обнаруживать некоторые формы воображаемых движений, чтобы помочь управлять устройствами, которые помогают людям с ограниченными возможностями.
Однако эти интерфейсы мозг-компьютер обычно медленные и недостаточно точные. Теперь исследователи из Японии, Польши и Италии предлагают новый подход к измерению синхронизации сигналов электроэнцефалограммы. Это исследование явилось результатом сотрудничества ученых из Токийского технологического института, частично финансируемого Инициативой Всемирного исследовательского центра, Польской академией наук в Кракове, Польша, и Университетом Катании, Италия.
Идея проста и состоит в добавлении константы после вычисления «аналитического сигнала»; это эффективно имеет эффект деформации. Одним из следствий этого является то, что синхронизация между фазами и амплитудами двух сигналов фиксируется совместно таким образом, который зависит от значения этой добавленной константы.
Исследовательская группа сначала проанализировала эффекты добавления этой константы в простых теоретических системах, прежде чем перейти к более репрезентативным случаям, таким как сеть транзисторных генераторов. Затем они применили свой подход к набору данных сигналов электроэнцефалограммы, для которых пользователям предлагалось либо отдохнуть, либо представить движение левой или правой руки.
Добавленная константа явно помогла команде измерить синхронизацию между электродами, что в конечном итоге позволило им повысить точность классификации этих воображаемых действий.
Несмотря на простоту, подход привел к значительным улучшениям в случаях, проанализированных командой.
В будущих работах они продолжат исследование этого метода, чтобы он, надеюсь, окажет влияние на практические приложения.