Розшифровка тиші. Інтерфейси нового покоління дадуть змогу паралізованим людям спілкуватися

Нова розробка інтерфейсів "мозок-машина", дає шанс тим, хто страждає від синдрому замкненої людини, відновити контакт зі світом. Ці інноваційні пристрої використовують комп'ютерні алгоритми для інтерпретації та перекладу мозкових хвиль, пов'язаних із мовленням. Найдосконаліші розробки здатні вловлювати і передавати слова, які людина беззвучно вимовляє в умі, без необхідності моргати, стежити за очима або намагатися вимовляти їх, пише Inverce.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найцікавіші новини зі світу науки!

Синдром замкненої людини — це медичний стан, за якого людина перебуває в повній свідомості, але не може рухатися або спілкуватися вербально через повний параліч майже всіх м'язів тіла, які людина здатна контролювати. Часто це відбувається через пошкодження стовбура мозку, спричинене інсультами, пухлинами, травматичними ушкодженнями, інфекціями або нейродегенеративними захворюваннями, такими як бічний аміотрофічний склероз.

Частота виникнення синдрому неоднозначна через варіації у здатності пацієнтів спілкуватися за допомогою рухів очей або моргання. На жаль, деякі люди повністю втрачають рухливість, включно з рухами очей і повік, що робить діагностику ще складнішою. Нерідко пацієнти проводять у середньому 79 днів у нерухомому стані, перш ніж буде поставлено правильний діагноз.

Сара Ванделт, аспірантка кафедри нейронних систем і обчислень у Калтеху, з ентузіазмом ставиться до потенціалу цієї технології, особливо для тих, хто повністю замкнутий і не може спілкуватися. Недавні дослідження, у тому числі й дослідження Ванделт, є багатообіцяючими, оскільки дають попередні докази того, що інтерфейси мозок-машина декодують внутрішню мову. Попри позитивні зрушення, експерти згодні з тим, що потрібен подальший розвиток, щоб зробити ці інтерфейси доступними, практичними та економічно ефективними для пацієнтів.

Створення інтерфейсу "мозок-машина" починається з визначення того, на яку частину мозку слід націлитися. Всупереч застарілій думці про те, що структура черепа дає уявлення про роботу мозку, сьогодні ми розуміємо, що когнітивні здібності виникають у результаті складних взаємодій між численними областями мозку. Ця складність являє собою як виклик, так і можливість для досліджень, оскільки не існує єдиної ділянки мозку, відповідальної за внутрішню мову, що дає змогу різним ділянкам бути потенційними мішенями.

Примітно, що Ванделт та її колега Девід Бьонс виявили зв'язок між мовленням і супрамаргінальною звивиною (СМІ) в тім'яній частці, яка зазвичай пов'язана із захопленням предметів. Це відкриття було зроблено під час спостереження за тетраплегічним учасником з мікроелектродною сіткою, імплантованою в ЗМІ. Масив реєстрував активність окремих нейронів, яку потім обробляв комп'ютер.

У контексті футбольного матчу Бьонс порівнює мозок зі стадіоном, нейрони - з глядачами, а електроди - з мікрофонами, опущеними в натовп, щоб уловлювати важливі події. Імплантований пристрій, розташований між нейронами, відстежує електрохімічні сигнали, генеровані щоразу, коли нейрон спрацьовує, створюючи унікальні звукові патерни, пов'язані з певними діями або намірами.

Дослідники з Калтеха успішно навчили свій інтерфейс мозок-машина розрізняти мозкові патерни, створювані, коли учасник мовчки вимовляв шість слів і два псевдослова. Пристрій досяг понад 90% точності в розпізнаванні слів лише через 15 хвилин навчання. Це успішне випробування послужило сходинкою, з кінцевою метою розширення словникового запасу для більш осмисленого спілкування.

Інший інноваційний підхід спрямований на розробку інтерфейсу "мозок-машина", здатного розпізнавати окремі літери, а не цілі слова. Ця концепція була випробувана Шоном Метцгером, аспірантом біоінженерії Каліфорнійського університету в Сан-Франциско і Каліфорнійського університету в Берклі. Цей підхід використовує алгоритми машинного навчання для декодування беззвучно написаних речень, досягаючи в більшості випадків 92% точності.

Джун Ванг, фахівець із комп'ютерних технологій і мови з Техаського університету в Остіні, попереджає, що, попри нещодавній прогрес у розробці пристроїв для відновлення мови, ця галузь усе ще перебуває на початковій стадії розвитку. Він виступає за вдосконалення апаратного та програмного забезпечення, щоб зробити ці пристрої менш громіздкими, більш точними і швидкими. Крім того, дослідники вивчають можливість розробки неінвазивних інтерфейсів мозок-машина і використання передових методів візуалізації для перетворення магнітних полів, генерованих струмами мозку, на текст.

Відновлення мовлення у пацієнтів із блокуванням мовлення є унікальним завданням, пов'язаним із варіативністю кодування внутрішньої мови у різних людей. За словами Бьонса, для розв'язання цих проблем і розроблення інтерфейсів, що функціонують у різних контекстах, потрібен багатосторонній підхід з боку різних дослідницьких груп.

Дізнатися ще більше про передові технології нейропротезування ви зможете у відео нижче:

Раніше Фокус писав про відновлення спинного мозку після ушкодження. Передові методи лікування можуть повернути рухливість у людей із багаторічними травмами спинного мозку.