Розшифровка думки: тиха революція світла

Жодних електродів, громіздких шоломів і томографів, що гудуть — тільки світло лазера і ритм людського голосу, що читає пропозиції вголос. Якісь слова слухач розуміє. Інші звучать як безглуздий набір звуків. І все ж таки світло, як неймовірно це звучить, здатне розрізнити одне від одного.

Цей промінь — і штучний інтелект, що розшифровує його відображення, стали основою методу, який може змінити підхід до вивчення роботи мозку. У статті, опублікованій влітку 2025 року в Journal of Biomedical Optics (том 30, випуск 6, DOI 10.1117/1.JBO.30.6.067001), Наталія Сігал та її колеги з факультету інженерії Університету Бар-Ілана описали систему, яка вміє реагує на осмислену та безглузду мову.

Використовуючи найпростішу установку – один лазер, одну високошвидкісну камеру та одну нейромережу, – команда досягла точності, порівнянної з класичними методами нейровізуалізації, але без дотиків до пацієнта.

Легкий дотик до розуму

Звичайні методи дослідження мозку вимагають громіздких приладів – томографів МРТ чи щільних ЕЕГ-шоломів.

Підхід Сігал заснований на принципі, знайомому оптичним інженерам, але майже незвіданим для нейронауки: спекл-патернах - зернистих інтерференційних малюнках, що виникають, коли лазер відбивається від нерівної поверхні.

Коли світло стосується людської шкіри, ці крихітні коливання відображають непомітні вібрації, спричинені кровотоком та активністю нейронів. Навчивши нейромережу аналізувати тисячі таких відеозаписів, дослідники змогли визначити, коли зона Верніке, яка відповідає за розуміння мови, реагує на знайому мову, а коли на незнайому.

Точність досягла AUC = 0.94 - вражаючого результату, який говорить про те, що система дійсно розрізняє два стани мозку.

«Ідея полягала в тому, щоб замінити дроти та електроди світлом, — каже Сігал. — Ми шукали спосіб “читати” мозок безпечно та на відстані. Я провела багато часу в неврологічній лікарні з бабусею та помітила, як важко пацієнтам переносити дотики. Це рішення усуває проблему дотику.

Підписуйтеcь на наш Telegram-канал Lenta.UA - ЄДИНІ незалежні новини про події в Україні та світі

Від фізики до людяності

Шлях Наталії Сігал до цього відкриття пролягає через інженерію, підприємництво та біомедичну. До нейрофотоніки вона побудувала кар'єру, що поєднує штучний інтелект та винахідництво: отримала патенти США, багато з яких цитуються
Apple, Samsung і Microsoft, а один був придбаний Google.

Її ідеї покривають широкий діапазон областей технології — від систем аутентифікації поблизу у пристроях до віртуалізації GPU та індикаторів конфіденційності для «розумних» окулярів.

Технічна винахідливість Сігал завжди врівноважена увагою до людини та прагненням зробити технології людянішою.

У компанії Fairtility вона очолювала команду AI, чиї алгоритми сьогодні допомагають клінікам ЕКЗ у всьому світі — робота, що стала основою платформи CHLOE Blast, схваленої FDA.

Ще раніше вона заснувала Sphoonx, освітній стартап: його додатки для дітей із СДВГ завантажили понад 100 тисяч разів, а багато хто встановлювався на шкільних планшетах.

В Університеті Бар-Ілана, де вона завершила магістратуру та продовжує докторські дослідження під керівництвом професора Зеева Залевського, Сігал направила той самий творчий імпульс на вивчення мозку.

Залевський - один із найвідоміших ізраїльських вчених-оптиків, член SPIE та IEEE. Його команда зробила нейронауку рухливою, вільною та ближче до повсякденної практики.

Бачити розуміння

Експерименти виявилися одночасно простими та вишуканими. Добровольцям програвали короткі уривки — англійською та шведською, яку ніхто не знав — тоді як камера фіксувала спекл-патерни від лазерної плями, спрямованої в зону Верніке.

У семи учасників середня точність розпізнавання становила 89%. Навіть під час перевірки нових людей модель зберігала високу точність, що доводить: система справді вловлює відповідь кори, а чи не поверхневі вібрації шкіри. Контрольні досліди, коли промінь прямував на лоб, давали випадкові результати — ще одне підтвердження, що сигнал виходить із мозку.

Насправді ця технологія може дозволити лікарям оцінювати стан мозку без дотику — від діагностики коми до відновлення промови після інсульту.

Колись промінь світла, не сильніший за лазерну указку, зможе фіксувати концентрацію уваги або ранні ознаки нейродегенеративних змін — без жодного проводу.

За межами лабораторії

Сила цього досягнення — не лише в даних, а й у ідеї, яка стоїть за ними.

Сігал говорить про «зниження порога входу» в нейронауку — про майбутнє, де дистанційний моніторинг кори стане таким самим природним, як вимірювання пульсу.

Такий підхід здатний зробити дослідження мозку масовим – у школах, клініках, навіть удома.

Її відкритий проект SpecklesAI на GitHub – рідкісний приклад прозорості у настільки конкурентній сфері. «Ми хотіли, щоби інші могли на цьому будувати, — каже Сігал. - Наука рухається швидше, коли нею діляться».

Перспективи сягають далеко за межі медицини.

Фотонні інтерфейси мозок - комп'ютер, які ще недавно вважалися фантастикою, стають реальністю.

Якщо думки можна буде розшифровувати не через електроди, а через світло, значить, можливо налагодити спілкування з паралізованими пацієнтами або створити форму «тихого» діалогу людини та машини.

Винахідник на межі можливого

Роботи Наталії Сігал поєднують дисципліни з рідкістю.

У промисловості її патенти описують еволюцію «розумних» пристроїв, що носяться, і контекстних технологій; в академії - її статті відображають зростання оптичних методів, керованих штучним інтелектом.

І скрізь наскрізна тема одна — робити технології людянішими.

"Наталія Сігал має рідкісний дар - поєднувати точність архітектури AI-моделей з масштабом ідей і розумінням людей", - каже її колега.

"Вона досліджує світ з цікавістю першопрохідника, з наполегливістю та аналітичним чуттям вченого, який не зупиняється, поки задумане не втілиться в реальність".

Саме це поєднання – точності та цікавості, бачення та завзятості – визначає її науковий почерк.

Наступний її крок — ще сміливіший: спроба розкодувати внутрішню мову — не те, що ми вимовляємо, а те, що говоримо подумки. Якщо це вдасться, людство отримає новий спосіб спілкування з тими, хто втратив голос через інсульт, параліч або хворобу Паркінсона: тиша зможе бути переведена в дані і почута.

До світлого розуму

За всієї технічної складності суть експерименту залишається майже поетичною: світло відбивається сенсом. Кожен спекл, що змінюється, несе тонкий відбиток розуміння, впізнавання, думки. Впіймати цей слід вимагало не тільки інженерного таланту, але й тихої впевненості в тому, що невидиме можна зробити видимим. Мозок ніколи не буває безмовним — треба лише навчитися слухати його світло.

References

Segal N., Kalyuzhner Z., Agdarov S., Beiderman Y., Beiderman Y., і Zalevsky Z. (2025).

AI-поwered remote monitoring brain responses to clear and incomprehensible speech via speckle pattern analysis. Journal of Biomedical Optics, 30 (6), 067001.
https://doi.org/10.1117/1.JBO.30.6.067001

Читайте також: Хто був першим: Samsung чи Apple?