Pomocí rozhraní mozek-počítač vytvořil člověk s ALS, který ztratil schopnost mluvit, text na počítači rychlostí blížící se rychlosti normální řeči pouhým přemýšlením o vyslovení slov.
V nové studii publikované v Přírodavědci popisují použití senzorů implantovaných do oblastí mozkové kůry spojených s řečí k přesnému sledování mozkové aktivity pacienta.
Účastnice klinické studie – která již nemůže používat svaly na rtech, jazyku, hrtanu a čelisti k jasnému vyjádření jednotek zvuku – dokázala na obrazovce svého počítače vygenerovat 62 slov za minutu pouhým pokusem mluvit.
“Je to velký průlom v obnovení rychlé komunikace s ochrnutými lidmi, kteří nemohou mluvit.”
To je více než třikrát rychlejší než předchozí rekord pro asistovanou komunikaci pomocí implantovaných rozhraní mozku a počítače (BCI) a začíná se blížit rychlosti přibližně 160 slov za minutu přirozené konverzace mezi anglicky mluvícími.
Studie ukazuje, že je možné použít neurální aktivitu k dekódování pokusných řečových pohybů s vyšší rychlostí a větší slovní zásobou, než bylo dříve možné.
„Jde o vědecký důkaz konceptu, nikoli o skutečné zařízení, které by lidé mohli používat v každodenním životě,“ říká Frank Willett, jeden z hlavních autorů studie a vědecký pracovník na Stanfordské univerzitě a Lékařském institutu Howarda Hughese. “Je to velký průlom v obnovení rychlé komunikace s ochrnutými lidmi, kteří nemohou mluvit.”
Práce je součástí klinické studie BrainGate, kterou vede Leigh Hochberg, neurolog intenzivní péče a profesor na inženýrské fakultě Brown University, přidružený k univerzitnímu Carney Institute for Brain Science. Jaimie Henderson, profesor neurochirurgie na Stanfordu, a Krishna Shenoy, Stanfordský profesor a vyšetřovatel HHMI, který zemřel před zveřejněním studie, jsou také autory studie.
Studie je nejnovějším z řady pokroků v rozhraní mozek-počítač, které provedlo konsorcium BrainGate, které spolu s další prací využívající BCI již několik let vyvíjí systémy, které lidem umožňují generovat text prostřednictvím přímého ovládání mozku. Předchozí inkarnace zahrnovaly pokusné subjekty přemýšlet o pohybech spojených s ukazováním a klikáním na písmena na virtuální klávesnici a v roce 2021 převádět imaginární rukopis ochrnuté osoby na text na obrazovce, dosahující rychlosti 18 slov za minutu.
„K cti a díky mimořádným lidem s kvadruplegií, kteří se zapsali do klinických studií BrainGate a dalšího výzkumu BCI, stále vidíme neuvěřitelný potenciál implantovaných rozhraní mozek-počítač pro obnovení komunikace a mobility,“ říká Hochberg, který v kromě svých rolí ve společnosti Brown jsou neurologem v Massachusetts General Hospital a ředitelem VA Rehabilitation Research and Development Center for Neurorestoration and Neurotechnology v Providence.
Jedním z takových mimořádných lidí je Pat Bennett, který se poté, co se dozvěděl o práci v roce 2021, dobrovolně přihlásil do klinické studie BrainGate toho roku.
Bennett, nyní 68letý, je bývalý ředitel lidských zdrojů a denní běžec, kterému byla v roce 2012 diagnostikována ALS (amyotrofická laterální skleróza). Bennettovi progresivní neurodegenerativní onemocnění připravilo o schopnost srozumitelně mluvit. Ačkoli Bennettův mozek může stále formulovat pokyny ke generování jednotek zvuku nazývaných fonémy, jeho svaly nemohou příkazy provádět.
“Pro ty, kteří jsou neverbální, to znamená, že mohou zůstat ve spojení s větším světem, možná pokračovat v práci, udržovat přátele a rodinné vztahy.”
V rámci klinické studie umístil neurochirurg Henderson dva páry drobných elektrod o velikosti dětského aspirinu na dvě oddělené oblasti Bennettovy mozkové kůry související s řečí. Algoritmus umělé inteligence přijímá a dekóduje elektronické informace vycházející z Bennettova mozku a nakonec se naučí rozlišovat odlišnou mozkovou aktivitu spojenou s jeho pokusy formulovat každý z fonémů – jako je zvuk sh – které jsou stavebními kameny řeči a tvoří řeč. . Angličtina.
Dekodér pak svůj nejlepší odhad o sekvenci Bennettových pokusů o foném vloží do jazykového modelu, který v podstatě funguje jako sofistikovaný systém autokorekce. Tento systém pak převádí proudy fonémů na posloupnost slov, která reprezentují, která se pak zobrazí na obrazovce počítače.
Aby naučila algoritmus rozpoznávat, které vzorce mozkové aktivity byly spojeny s jakými fonémy, zúčastnila se Bennett asi 25 školení, z nichž každé trvalo asi čtyři hodiny, ve kterých se snažila opakovat věty vybrané náhodně z velkého souboru slov.
V rámci těchto sezení výzkumný tým také analyzoval přesnost systému. Zjistili, že když byly věty a model jazyka sestavení slov omezeny na slovní zásobu 50 slov, byla chybovost překladového systému 9,1 %. Když byla slovní zásoba rozšířena na 125 000 slov, dostatečně velká na to, aby se s ní dalo skládat téměř vše, co chtěl kdokoli říct, chybovost vzrostla na 23,8 %.
Vědci tvrdí, že čísla nejsou zdaleka dokonalá, ale představují velké zlepšení oproti předchozím výsledkům s použitím BCI. Doufají v to, čeho může systém jednoho dne dosáhnout – stejně jako Bennett.
“Pro ty, kteří jsou neverbální, to znamená, že mohou zůstat ve spojení s větším světem, možná pokračovat v práci, udržovat přátele a rodinné vztahy,” napsal Bennett prostřednictvím e-mailu. „Představte si, jak odlišné bude provádění každodenních činností, jako je nakupování, schůzky, objednávání jídla, chození do banky, telefonování, vyjadřování lásky nebo uznání – dokonce i hádky – když neverbální lidé mohou sdělovat své myšlenky v reálném čase. .”
Práce financovaly Národní instituty zdraví, Ministerstvo pro záležitosti veteránů USA, Lékařský institut Howarda Hughese, Simons Foundation a L. a P. Garlickovi.
Zdroj: Brown University