Медицина
Технології
Медицина
Технології

Мозкові чіпи дали змогу паралізованому чоловіку писати від руки подумки

Американські винахідники розробили нейрокомп'ютерний інтерфейс та алгоритм штучного інтелекту, які працюючи в парі, перетворюють думки паралізованого пацієнта про письмо від руки у текст на екрані комп'ютера. Технологія дала змогу учаснику дослідження набирати текст зі швидкістю близько 18 слів на хвилину, що швидше, ніж дозволяли попередні технології нейрокомп'ютерних інтерфейсів. Своїми успіхами науковці поділилися в журналі Nature.

Літери, написані паралізованим пацієнтом подумки. Frank Willett

Літери, написані паралізованим пацієнтом подумки. Frank Willett

Що таке нейрокомп'ютерний інтерфейс?

Сучасні технології щоразу більше наближаються до моменту, коли зможуть повернути людям із інвалідністю втрачені можливості. Приміром, американські вчені планують дати людям із бічним аміотрофічним склерозом можливість спілкуватися за допомогою непомітної наклейки на щоку. Іншим підходом є застосування нейрокомп'ютерних інтерфейсів (НКІ). Це пристрої, які під'єднуються до мозку та можуть реєструвати електричну активність нейронів. Це можна використати для керування іншими пристроями, наприклад, протезами, комп'ютером та навіть дронами. Останнім часом технологію також намагаються пристосувати до зручного спілкування шляхом обміну повідомленнями. Науковці зі Стенфордського університету у 2017 році представили результати свого дослідження, у ході якого троє пацієнтів із паралічем усіх кінцівок навчилися водити курсором по віртуальній клавіатурі та таким чином друкувати — завдяки НКІ в мозку. У новій роботі автори продемонстрували вдосконалену версію своєї технології.

Якого покращення добилися вчені?

У новому дослідженні взяв участь один із піддослідних із попередньої роботи — 65-річний чоловік, названий Т5, якому паралізувало тіло нижче шиї внаслідок травми спинного мозку у 2007 році. У минулому випробуванні, коли його просили переписати силою думки текст за допомогою віртуальної клавіатури, учасник впорався зі швидкістю близько 40 символів на хвилину. Але у новій роботі швидкість набору тексту вдалося збільшити завдяки тому, що цього разу вчені зосередилися не так на друці, як на письмі від руки.

Т5 уявляв, що пише ручкою на папері, але насправді його рука була непорушною, а символи виводилися на екран комп'ютера. Так він зміг писати текст зі швидкістю 18 слів на хвилину. Це майже так швидко, як його однолітки набираються текст на смартфоні.

Як досягли цих результатів?

У моторній корі головного мозку Т5, яка відповідає за здійснення свідомих рухів, розмістили два НКІ чіпи. Кожен із них містить по 100 електродів, які реєструють активність нейронів у ділянці мозку, що забезпечує рухливість правої руки. По проводах ці сигнали посилаються до комп'ютера, де алгоритми штучного інтелекту розшифровують їх та передбачають, які рухи прагнув виконати Т5. Це працює завдяки тому, що написання кожної окремої букви супроводжується унікальними схемами активності мозку, які алгоритм може легко відрізнити та зіставити з потрібними літерами.

У завданнях на переписування тексту коефіцієнт помилок склав близько однієї похибки на 18-19 символів, у завданнях, де піддослідний письмово відповідав на відкриті запитання — одну помилку на 11-12 символів. Проте після додавання функції автокорекції, як на смартфонах, частота помилок знизилася до близько 1 відсотка для переписування та трохи більше ніж 2 відсотки для розгорнутих відповідей. Тож дослідження показує, що навіть після більш ніж десяти років паралічу мозок все ще пам'ятає, як писати.

Опис технології ручного письма за допомогою нейрокомп'ютерного інтерфейсу. NPG Press / Youtube