Парадигма визуального воображения для стратегий БКИ с использованием представляемых мерцающих шаблонов

Воображая свет, чтобы общаться с машинами

Для людей, которые не могут двигаться или говорить, интерфейсы «мозг‑компьютер» (БКИ) предоставляют способ общения, основанный только на активности мозга. Многие современные системы требуют смотреть на мерцающие огни на экране, что для некоторых пациентов невозможно или неприятно. В этом исследовании рассматривается иная идея: что если вместо того, чтобы смотреть на мерцающие шаблоны, пользователи просто представляют их и при этом всё равно управляют компьютером?

От мигающих огней к мысленным образам

Традиционные БКИ часто используют устойчиво мерцающие изображения, чтобы вызвать повторяемый отклик в зрительных областях мозга. Когда человек смотрит на свет, который мигает с фиксированной частотой, электрическая активность мозга тонко повторяет этот ритм, и датчики на голове могут это зафиксировать. Однако этот метод предполагает, что пользователь способен удерживать взгляд на экране. Люди с тяжёлым параличом или нарушениями движений глаз, например при запертой в своём теле болезни после инсульта или вследствие нейродегенеративного заболевания, могут этого не делать, что ограничивает, кому технология может помочь.

Превращая мысленные мерцания в управляющие сигналы

Авторы создали БКИ, который заменяет внешние мерцания мысленными. Сначала 20 здоровых добровольцев смотрели на шахматные узоры на мониторе, которые мигали с разной скоростью. Эта начальная фаза позволила определить, на какие две частоты мерцания мозг каждого участника реагировал наиболее отчётливо. Затем добровольцы отрабатывали комбинированную процедуру, когда иногда они видели мерцания, а иногда должны были их представлять. Наконец, в основных тестах экран гасили: только стрелки или простые фигуры на экране указывали участникам, какую из двух скоростей мерцания представить мысленно или когда отдыхать. В течение всего эксперимента набор из 10 электродов на коже головы регистрировал активность мозга, которая затем сводилась в сводку о мощности различных ритмических компонент.

Обучение машины читать представляемые шаблоны

Чтобы превратить эти тонкие ритмы в команды, исследователи использовали стандартный метод распознавания образов, который проводит границу между разными типами сигналов. Для каждого добровольца компьютерную программу обучали различать три ментальных состояния: представление медленного мерцания, представление более быстрого мерцания или состояние покоя. В «оффлайн» фазе компьютер анализировал ранее записанные данные и проверял, насколько хорошо он может угадать правильное состояние. Позже, в «онлайн» фазе, система должна была классифицировать активность мозга в реальном времени, пока человек выполнял мысленные задания, что ближе к практическому применению БКИ.

Насколько хорошо работала система, основанная на воображении

При оффлайн-анализе данных система в среднем правильно определяла ментальное состояние пользователя примерно в 61 процент случаев по 20 испытуемым. Для задачи с тремя вариантами случайное угадывание давало бы около одной трети правильных ответов, поэтому такая точность существенно превышает случайный уровень. В живом онлайн‑тесте точность снизилась примерно до 51 процента в среднем, но для группы в целом всё ещё оставалась явно выше случайной. Некоторые участники справлялись очень хорошо, в то время как у некоторых результаты были ближе к случайным, что отражает естественные различия в способности людей поддерживать яркие визуальные образы и устойчивое внимание. Выбор частот мерцания также имел значение, но попытки автоматически подбирать «лучшие» две частоты для каждого человека дали смешанные результаты, что указывает на необходимость доработки этого шага.

Что это может означать для будущих пользователей

Исследование показывает, что простое воображение мерцающих шаблонов может служить пригодным управляющим сигналом для интерфейсов «мозг‑компьютер», без необходимости заставлять пользователя смотреть на яркие мигающие изображения. Хотя система в настоящее время предлагает только три варианта и работает с умеренной точностью, она требует небольшого обучения и использует стандартное, доступное оборудование. При дальнейшей доработке — например, совершенствовании выбора оптимальных частот и добавлении большего числа мысленных команд — такой подход к БКИ на базе воображения может стать практичным вариантом для людей, которые не могут хорошо двигать глазами или терпеть визуальную стимуляцию, открывая ещё один путь к общению и управлению, использующий только мысленное зрение.

Цитирование: Priori, S., Ricci, P., Consoli, D. et al. A visual imagery paradigm for BCI strategies using imagined flickering patterns. Sci Rep 16, 11967 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41324-6

Ключевые слова: интерфейс «мозг‑компьютер», визуальное воображение, ЭЭГ, нейрореабилитация, средства коммуникации