Utrata zdolności komunikowania się często jest skutkiem ubocznym wyniszczających chorób neurodegeneracyjnych, takich jak stwardnienie zanikowe boczne (ALS), w przypadku którego funkcje poznawcze są zachowane, ale mięśnie kontrolujące mowę przestają działać. Jednym ze sposobów przywrócenia komunikacji jest dekodowanie sygnałów bezpośrednio z kory ruchowej mózgu, co wyzwala ruchy mięśni w określonej kolejności, aby wytworzyć różne dźwięki.
Czytaj też: Ten implant dał mu dosłownie drugie życie. Choroba Parkinsowa w końcu pod kontrolą?
Neurolodzy z Duke University w USA opracowali implant mózgowy, który wykorzystuje nagrania neuronowe o wysokiej rozdzielczości do dekodowania impulsów nerwowych danej osoby i przekładania ich na to, co próbuje powiedzieć. Szczegóły opisano w Nature Communications.
Dr Gregory Cogan z Duke University mówi:
Wielu pacjentów cierpi na wyniszczające zaburzenia motoryczne, takie jak ALS (stwardnienie zanikowe boczne) lub zespół zamknięcia, które mogą upośledzać ich zdolność mówienia. Jednak obecne dostępne narzędzia umożliwiające im komunikację są na ogół bardzo powolne i kłopotliwe.
Nowy implant może przywrócić kontakt ze światem osobom z chorobami neurodegeneracyjnymi
Obecnie najlepsza szybkość dekodowania mowy wynosi ok. 78 słów na minutę, podczas gdy nasza normalna mowa zawiera ok. 150 słów na minutę. Opóźnienie można przypisać liczbie umieszczonych czujników do monitorowania mózgu. Aby ulepszyć istniejące urządzenia do dekodowania myśli, uczeni z Duke University umieścili 256 mikroczujników na kawałku elastycznego plastiku wielkości znaczka pocztowego. Dzięki temu byli w stanie zbierać sygnały nerwowe wyższej jakości i z większą rozdzielczością przestrzenną. Przewidywanie tego, co ktoś zamierza powiedzieć, wymaga rozróżnienia sygnałów nerwowych z poszczególnych neuronów.
Czytaj też: Dosłownie jak czytanie w myślach! Oto pierwsza taka metoda, która pozwoli zajrzeć do naszych umysłów
Konieczne było przetestowanie urządzenia. Naukowcy zrekrutowali czterech pacjentów, którzy mieli zaplanowaną operację mózgu w celu leczenia choroby Parkinsona lub usunięcia guza, po czym wszczepić im nowatorski implant.
Dr Greg Cogan z Duke University mówi:
Lubię to porównywać do załogi pit-stopu NASCAR. Nie chcieliśmy wydłużać procedury operacyjnej, więc musieliśmy wejść i wyjść w ciągu 15 minut. Gdy tylko chirurg i zespół medyczny powiedzieli: “Start!”, natychmiast przystąpiliśmy do działania, a pacjent wykonał zadanie.
Zadanie polegało na prostym słuchaniu i powtarzaniu. Uczestnicy usłyszeli serię bezsensownych słów, takich jak “ava”, “kug” czy “vip”, a następnie wypowiedzieli każde z nich na głos. Implant rejestrował aktywność kory ruchowej mowy każdego pacjenta, ponieważ koordynuje ona prawie 100 mięśni poruszających wargami, językiem, szczęką i krtani. Dane następnie wprowadzono do algorytmu uczenia maszynowego, aby sprawdzić, jak dokładnie może przewidzieć wydawany dźwięk, opierając się wyłącznie na zapisach aktywności mózgu.
W przypadku niektórych dźwięków i uczestników, np. “g” w słowie “gak”, dekoder nie mylił się w 84 proc. przypadków, gdy był to pierwszy dźwięk z ciągu trzech składających się na określone nonsensowne słowo. Dokładność spadała, gdy dekoder analizował dźwięki w środku lub na końcu wyrazu i miała problemy, jeśli dwa dźwięki były podobne, np. “p” i “b”.
Dekoder był dokładny w 40 proc. przypadków. Mimo iż nie brzmi to szczególnie imponująco, naukowcy zauważają, że algorytm wykorzystał jedynie 90 sekund danych mówionych zebranych podczas 15-minutowego testu. To oznacza, że jest przestrzeń do poprawy i ulepszenia urządzenia. Obecnie trwają prace nad bezprzewodowym urządzeniem rejestrującym.