Американські науковці розробили нейрокомп'ютерний інтерфейс, який здатний асоціювати характерну активність головного мозку зі словами, про які думає пацієнт. Технологія дала змогу спілкуватися паралізованому пацієнтові цілими словами з раніше недоступною йому швидкістю. Результати дослідження описані в The New England Journal of Medicine.
UC San Francisco (UCSF) / YouTube
Як повернути втрачену здатність розмовляти?
Внаслідок різних патологічних станів, приміром, інсульту, розсіяного склерозу або аміотрофічного бічного склерозу, можуть виникати труднощі із контролем м'язів. Зокрема, такі пацієнти можуть втратити здатність розмовляти через неможливість рухати належним чином м'язами обличчя — анартрію. Розлад сильно виснажує психологічно, оскільки пацієнти часто мають непорушені мовленнєві навички та когнітивні здібності, однак сильно обмежені в спілкуванні. В допомогу таким хворим було розроблено нейрокомп'ютерні інтерфейси, які завдяки мозковим імплантатам дають людині змогу набирати символи на комп'ютері, подумки керуючи курсором. Нещодавно представлена технологія, яка забезпечує письмо від руки подумки, дала змогу паралізованому чоловікові набирати за хвилину близько 18 слів. Це рівнозначно швидкості набору тексту літніми людьми на смартфоні. Але частина вчених вважає, що ефективнішим та більш природним може бути розшифровування мозкових сигналів не про окремі літери, а про цілі слова. Розвитком цієх технології зайнялися вчені Каліфорнійського університету в Сан-Франциско.
Чим займалися науковці?
Вони спробували повернути можливість спілкуватися словами 36-річному чоловікові. У віці 20 років він пережив інсульт, який призвів до паралічу чотирьох кінцівок та анартрії, й він міг вокалізувати лише окремі малоінформативні стогони. Когнітивні здібності пацієнта залишилися непорушеними, тож він міг спілкуватися з іншими, набираючи символи на сенсорному екрані обмеженими рухами голови. Швидкість такого набору складала близько п'яти слів, або 18 символів, на хвилину.
Каліфорнійські вчені випробували на чоловікові технологію, яка полягає у вживленні в мозок імплантату, здатного відстежувати електричну мозкову активність. Відтак пристрій передає сигнали до комп'ютера, який завдяки алгоритмам машинного навчання визначає, яке слово хоче вимовити пацієнт. Технологія раніше показала свій потенціал на не паралізованих добровольцях, яким встановили імплантати з медичних міркувань, наприклад, для моніторингу епілептичних нападів. У новому дослідженні паралізованому чоловікові видалили частину черепа й прикрили його сенсомоторну кору пластинкою з електродами, розміром меншою за кредитну картку. Відтак учасника просили спробувати вимовити по декілька разів 50 різних слів та скомбіновані з них речення. У цей час комп'ютерні алгоритми тренувалися асоціювати характерну мозкову активність із конкретними словами.
Якого результату досягли?
Зрештою чоловік зміг успішно використовувати нейрокомп'ютерний інтерфейс для виведення на екран 50 раніше тренованих слів. Це достатня кількість для побудови більш ніж тисячі речень. Швидкість розшифровування мозкової активності у змістовну інформацію склала у середньому 15,2 слова на хвилину, а точність — близько 75 відсотків.
Автори задоволені цим результатом, тому що на початку було взагалі незрозуміло, чи зможе пацієнт спілкуватися таким чином, зважаючи на 15-річний термін відсутності мовлення. Проте водночас вони усвідомлюють, що технології ще є куди розвиватися: здорові англомовні люди зазвичай спілкуються зі швидкістю 120-180 слів на хвилину. Вчені планують надалі підвищити швидкість декодування активності мозку, розширити словниковий запас, а також зробити систему нейрокомп'ютерного інтерфейсу бездротовою для можливості її використання вдома.
Допомогти використовувати нейрокомп'ютерні інтерфейси в домашніх умовах також можуть електроди у вигляді стентів, показало одне з недавніх досліджень. Його вводять у судину головного мозку через венозний катетер, тому відпадає необхідність проведення складних операцій на черепній коробці. А дізнатися про нейрокомп'ютерні інтерфейси детальніше ви можете з нашого розбору «Як під'єднати себе до комп'ютера і навіщо свердлити череп?».
UC San Francisco (UCSF) / YouTube