Прикладные направления нейробиологии: эпоха новых

Прикладные направления нейробиологии:
эпоха новых возможностей
Институт нейронаук и когнитивных исследований МГГУ (ИНИКИ)
Кафедра когнитивной нейробиологии МГГУ (базовая кафедра ИВНД и НФ РАН)
Нейробиология: надежды и разочарования
Объективные факторы, осложняющие интерпретацию результатов
психофизиологических исследований (ЭЭГ, фМРТ):
•
Высокая опосредованность доступных в настоящее время физиологических методов
исследования.
•
Высокая индивидуальная вариативность отдельных показателей снижает надежность
результатов исследования.
•
Низкая воспроизводимость результатов на разных выборках: пластичность мозга, плохой
экспериментальный контроль
•
Отсутствие осязаемых надежных результатов привело к частичной дискредитации
практического применения нейрофизиологических методов в психиатрии, криминалистике
(«детектор лжи»), военном деле, подборе кадров и т.п. в связи с отсутствием надежных
результатов.
•
Высокая вариативность каждого единичного показателя ЭЭГ приводит к крайне низкой
надежности классификации по одному предиктору (55-65%)
Пластичность и
вариативность
Brain of a white-collar worker
Lionel Feuillet, Henry Dufour, Jean
Pelletier
Lancet 2007; 370: 262
Статистика и экспериментальный контроль
Neural correlates of interspecies
perspective taking in the postmortem Atlantic Salmon:
An argument for multiple
comparisons correction
Craig M. Bennett, Abigail A. Baird,
Michael B. Miller, and George L.
Wolford
1 Psychology Department, University of
California Santa Barbara, Santa Barbara, CA;
2 Department of Psychology, Vassar College,
Poughkeepsie, NY;
3 Department of Psychological & Brain
Sciences, Dartmouth College, Hanover, NH
Решение задачи классификации математическими методами
Решение задачи классификации математическими методами заключается в построении
математический модели, автоматически принимающей решение о принадлежности объекта к
тому или иному классу на основании ряда входящих параметров.
Значительная часть классификационных моделей были разработаны достаточно давно, однако
лишь около 20 лет назад доступность вычислительных мощностей сделала возможным
широкое практическое применение этих методов. Матмоделирование в решении задач
классификации в естественных и общественных науках получает все более широкое
применение в последние 10-15 лет.
Наиболее широко применяемые классификационные модели основаны на статистических
методах анализа (классификатор Байеса, дискриминантный анализ, метод нейросетей).
Использование классификационных моделей в современной нейрофизиологии:
• Всплеск интереса к работам по оптимизации классификационных моделей для
интерпретации нейрофизиологических показателей в психиатрии и психофизиологии
устойчивых личностных различий (более 400 статей в научных рецензируемых журналах за
последние 3 года);
• Успешность классификации, как правило, составляет от 75 до 93% (для сравнения,
успешность классификации по единичному параметру ЭЭГ не превышает 65-70%);
• Как правило, в качестве входных данных используется только фоновая ЭЭГ и когерентность
ЭЭГ, в редких случаях, вызванные потенциалы.
5
Response Еndophenotype:
Новая исследовательская парадигма в современной психофармакологии
Оценка потенциальной успешности терапии различными препаратами
▫
Эндофенотип реактивности (Response endophenotype, RE) представляет собой совокупность
динамики выраженности симптомов, изменений ЭЭГ и экспрессии генов на начальных стадиях
лечения пациента, и отражает вероятность успешности терапии назначенным препаратом;
▫
Масштабное исследование BRITE-MD (De Battista et al, 2009) показало, что даже фоновая ЭЭГ (до
начала медикаментозного лечения и через 1 неделю после начала лечения) может служить
неплохим предиктором эффективности лечения бупропионом и эсциталопрамом;
▫
Использование современных, более информативных методов анализа ЭЭГ в сочетании со
специальным образом оптимизированным математическим аппаратом позволит осуществлять
прогноз успешности терапии с высокой точностью, что существенно снизит как затраты времени на
достижение пациентом ремиссии, так и вероятность побочных эффектов, связанных с назначением
слишком высоких доз и «коктейлей» препаратов;
▫
Прогноз вероятности возникновения побочных эффектов, дающий клиницистам возможность в
каждом конкретном случае принимать информированное решение на основании анализа
вероятных рисков и потенциальной успешности лечения;
▫
Надежный и объективный метод оценки эффективности препарата и динамики терапии при
проведении клинических испытаний.
Вспомогательный метод диагностики в психиатрии и неврологии
▫
Работы последних лет показывают перспективность применения многопараметрического анализа с
использованием математических классификаторов, работающих на нейрофизиологических
(депрессия, синдром хронической усталости, Duffy 2011; СГДВ, Mueller, Kropotov, 2011) и
биомеханических маркерах (паркинсонизм; Фролов, 2010). Погрешность при диагностике уже на
настоящий момент сопоставима с погрешностью при экспертной оценке клиницистом.
6
▫
Оценка устойчивости ремиссии и риска возникновения рецидивов по окончании лечения.
Диагностика синдрома хронической усталости на основании
когерентности фоновой ЭЭГ (Duffy et al, 2011)
Выборка: 632 испытуемых, 390 здоровый контроль,
70 пациентов с СХУ, 24 пациента с клинической
депрессией (MDD), 148 пациентов с отдельными
симптомами усталости и апатии.
Когерентность ЭЭГ: 32 электрода, 16 частотных
диапазонов по 2 Гц (от 1-3 до 31-33 Гц), 7936 переменных
PCA => дискриминантный анализ
40-факторная модель: высокая достоверность
межгрупповых различий (p < .0004), корректная
идентификация 89.5% пациентов с СХУ и 92.4%
контрольных испытуемых. Ни один из пациентов с
депрессией не был ложно опознан как пациент с СХУ.
Нейробиология устойчивых индивидуальных
характеристик и способностей:
-
Устойчивость внимания
Утомляемость
Математические способности
Эмоциональная устойчивость
Личностная тревожность
Потребность в социальном одобрении
Склонность к девиантному поведению
8
Нейромаркетинг: что, как и зачем?
•
•
Нейромаркетинг – новое направление
маркетинга, в котором оценка воздействия
осуществляется с использованием современных
биомедицинских технологий
Использование айтрекинга, ЭЭГ и методов
психосемантического анализа
Что такое нейромаркетинг?
Нейромаркетинг позволяет:
1. Сравнивать эффективность различных
маркетинговых стратегий на основании
полученных объективных
психофизиологических показателей
2. Делать выводы о предпочтениях
потребителей
3. Делать выводы о причинах выбора той или
иной продукции
Нейромаркетинг
Состояние рынка в мире
•
•
•
Современный рынок нейромаркетинга сформировался в последние десять лет, сам
термин «нейромаркетинг» был впервые употреблен в 2002 году.
С тех пор
относительная доля расходов на нейромаркетинг стремительно увеличивается.
Старейшая нейромаркетинговая компания, оксфордская Neurosense, была основана в
1999 году. С тех пор ее клиентами стали такие компании как P&G, Unilever, Intel и др.
Большинству нейромаркетинговых компаний, присутствующих на рынке, не более пяти
лет:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Neurosense (Оксфорд)
Innerscope (США)
Neuroconsult (Австрия)
Neuromarketing (Бельгия),
Impact Mémoires (Франция)
PhD Mediа (Великобритания)
Lucid Systems (США)
Neurofocus (США)
Neuro Insight (Австралия)
Emsense (США)
Hakuhodo (Япония)
Oza (Япония)
Крупнейшие клиенты Neurosense:
«Тепловые карты»
•
•
Видеотрекинг дает нам информацию, на
что обращает внимание потребитель и
куда он дольше всего смотрит.
Unilever использует видеотрекинг в комбинации с
виртуальными моделями для разработки дизайна
продукции. Смена упаковки дезодоранта повысила
продажи на 3,5%
Wall street journal, 12 July 2012
Комплексный подход к улучшению дизайна
Цвет помогает ориентироваться в
ассортименте
•
Горячий суп вызывает больший
эмоциональный отклик
Изображение ложки
воспринималось ненужным, у
некоторых вызывало ненужные
ассоциации
Современная тарелка
Айтрекинг показал, что логотип
в верхней части этикетки
отвлекал внимание от более
важной информации
Совместное использование
видеотрекинга глаз, измерения
физиологических реакций при
совершении выбора и опросы
помогли создать более
привлекательную упаковку.
Wall street journal, 2010
Интерфейс мозг-компьютер
•
•
•
•
Инвазивные и неинвазивные ИМК
Пациенты с ограниченной мобильностью
Нейрореабилитация
Возможность обеспечения обратной связи в виде реальных
сенсорных ощущений
ИМК: to infinity and beyond
Управление робототехническими
устройствами:
•
•
•
•
кинематический интерфейс
силомоментная обратная связь
техническое зрение
анализ и синтез речи