Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych Technologii Laboratorium NeuroKognitywne

1. Interdyscyplinarne Centrum Nowoczesnych TechnologiiLaboratorium NeuroKognitywne Włodzisław Duch & Co Katedra Informatyki Stosowanej, WFAiIS, UMK

2. Cel i Grupa Badawcza • Laboratorium zorganizowała Katedra Informatyki Stosowanej, Google: Katedra KIS UMK • Jest to samodzielna jednostka Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK, istnieje od 1991 roku. • 3 profesorów: W. Duch, O. Sokolov i J. Meller, pracujący w KIS oraz Uni. Cincinnati + Children'sHospital Research Foundation. 2 dr hab. (R. Adamczak, N. Jankowski), 3 dr i 2 mgr. • Laboratorium ma być bazą eksperymentalną dla badań neurokognitywistycznych, wspierając rozwój naukowy kadry związanej z unikatowym kierunkiem studiów „Kognitywistyka”, prowadzonym na UMK od 2009 roku. • Wykorzystywane będzie przez współpracowników z innych jednostek UMK i spoza UMK, również z zagranicy.

3. FMRI – analiza sygnału • Siła sygnału fMRI jest zależna od poziomu utlenienia krwi w obserwowanych wokselach, stąd określenie „sygnał BOLD” = Blood Oxygen Level Dependent”. • Utlenienie krwi jest przyjmowane za miarę aktywności neuronalnej w niedawnej (5-7 sek) przeszłości w danym obszarze, np. aktywność przez 300 sek. • Informacja zbierana jest co kilka sekund i pozwala na lokalizację miejsca aktywności w przestrzeni z dokładnością do kilku mm (mln neuronów, 10 mld synaps). • Połączenie z EEG pozwala na lokalizację zdarzeń w czasie, ale jest technicznie trudne (silne zakłócenia).

4. FMRI – trudności interpretacji • Zarówno pobudzanie jak i hamowanie aktywności zużywa energię, widzimy tylko różnice pomiędzy dwoma stanami. • Zmiany są bardzo małe i potrzeba wielokrotnych powtórzeń by zebrać jednoznaczną informację. • Utlenienie krwi jest przyjmowane za miarę aktywności neuronalnej ale brakuje odniesienia do geometrii układu krwionośnego: gdzie może dopływać krew, jak szybko, w jakich ilościach, czy wszędzie w mózgu jednakowo? • Wiele innych czynników wpływa na sygnał BOLD: ruchy głowy, oddychanie, poziom glukozy, CO2i kofeiny we krwi, zmiany ciśnienia i przepływu krwi, pobudzenie emocjonalne i dodatkowe procesy myślowe nie związane z samym eksperymentem … duża wariancja wyników, trudno uśredniać.

6. Neuronalny determinizm Ogranicza nas genetyczny i neuronalny determinizm. Neuronalny determinizm: wynik doświadczeń życiowych, wychowania, prania mózgu; nie możemy myśleć inaczej, niż pozwala nam na to aktywność neuronalna. Genetyczny determinizm częściowo ma wpływ na neuronalny.

7. Co zostało do odkrycia? • Pierwsze badania ludzi w 1992, mamy 20 lat opóźnienia. • Pomimo trudności technicznych fMRI doprowadził do wielu odkryć pozwalających lepiej zrozumieć mózgi. Nadal jest wiele do zrobienia, nie tylko w medycynie: • Lepsze zrozumienie relacji sygnał–aktywność neuronalna. • Zwiększenie powtarzalności wyników przez odpowiednie przygotowanie badanych (poziom glukozy, stan mentalny, neurofeedback, TMS?) • Indywidualne różnice konektomu i przepływu informacji przez mózgi w różnych warunkach, procesy spontaniczne. • Świadomość, relacje przeżyć subiektywnych i stanów mózgu. • Wyobraźnia: agnozje, nowa dziedzina w neuropsychologii, przydatna do oceny talentu muzycznego i artystycznego.

8. Naukowe Centrum Obrazowania Biomedycznego Światowe Centrum Słuchu, Kajetany Podpisano umowę naukową z Instytutem Fizjologii i Patologii Słuchu w ramach którego działa Naukowe Centrum Obrazowania Biomedycznego. Centrum w Kajetanach powstało w 2009 roku i specjalizuje się w badaniach czynnościowych mózgu z wykorzystaniem techniki fMRI oraz jednoczesnych rejestracji EEG/fMRI (ponad 2 tysiące przeprowadzonych badań). Ścisła współpraca interdyscyplinarnych zespołów z Kajetan i Torunia gwarantuje wysoką jakość badań i wykorzystanie najnowocześniejszych technologii i metod analizy badań MR i EEG. NCOB, Kajetany

9. Naukowe Centrum Obrazowania Biomedycznego Światowe Centrum Słuchu Kajetany • Doświadczenie: • Metodologia wspólnej rejestracji EEG i fMRI • Badania plastyczności ośrodków korowych • Badania czynnościowe wyższych funkcji poznawczych • Badania funkcji ośrodków drogi słuchowej • Badania czasowego przesunięcia progu słyszenia w wyniku zmęczenia słuchowego • Monitorowanie zmian w korze ruchowej i czuciowej w wyniku rehabilitacji pacjentów po uszkodzeniach mózgu • Badania lateralizacji mózgowej • Badanie emocji • Przetwarzanie informacji symbolicznej związanej z językiem u osób zdrowych oraz osób z zespołem Aspergera. NCOB, Kajetany

10. Lab. EEG-ERP-BCI-neurofeedback • Badanie wyobrażeniowej agnozji słuchowej za pomocą analizy potencjałów wywołanych ERP, wpływ różnic na strategie uczenia. • Interfejsy mózg-komputer (BCI, Brain-Computer Interface) w rehabilitacji po udarze. • Neuroekonomia: wpływ nieuświadomionych bodźców na reakcje fizjologicznych i podejmowane decyzje. • Wczesna diagnostyka i terapia dysleksji w oparciu o metody kognitywistyczne. • Neurofeedback jako forma terapii dzieci nadpobudliwych, do korekcji słuchu i wymowy, do wspomagania procesów uczenia się, analizy i regulacji emocji, wzmacniania woli i kreatywności.

11. Rozwój niemowląt • Projekt inteligentnej kołyski i zabawek kognitywnych, do wczesnej diagnostyki, wykrywania nieprawidłowości rozwoju, ciągłego monitorowania dziecka i ukierunkowania rozwoju. • Inteligentna kołyska: czujniki ruchu, smoczek telemetryczny, mikrofony i kamery, analiza sygnałów. • Stymulacja słuchu, wzroku i dotyku, analiza reakcji. • Stymulacje rozwoju słuchu fonematycznego umożliwią dzieciom naukę dowolnego języka, w tym języków tonalnych. • Stymulacje rozwoju słuchu muzycznego. • Rozwój inteligencji przez stymulację pamięci roboczej. • Rozwój ciekawości i potrzeby działania dziecka. • Patent: Układ aktywnego stymulatora ośrodków mowy, zwłaszcza niemowląt i dzieci (2002).

12. Lab. badań psycho-akustycznych • Opracowanie systemu diagnostyczno -doradczego wspomagającego ocenę stanu i planowanie terapii pacjentów z ubytkami słuchu, uczenia mowy z implantami ślimakowymi, badań audiometryczne, testy sprawności umysłowej, zdolności muzycznych. • Chronometria, badania rozdzielczości czasowej i częstotli-wościowejdźwięków, przetwarzania bodźców muzycznych, synchronizacji senso-motorycznej, związku z inteligencją. • Badania agnozji klasycznych i agnozji wyobrażeniowych połączone z badaniami słuchowych potencjałów wywołanych (ERP) – nowa dziedzina w neuropsychologii, przydatna do oceny talentu muzycznego i artystycznego.