Νέες μελέτες δείχνουν ότι τα εγκεφαλικά εμφυτεύματα μπορούν να βοηθήσουν τους παράλυτους να «μιλούν» μέσω των οθονών πιο γρήγορα και με μεγαλύτερη ακρίβεια από πριν.

CNN
—

Ο Δρ Τζίμι Χέντερσον είχε μια επιθυμία σε όλη την παιδική του ηλικία: να μπορούσε ο πατέρας του να του μιλήσει. Τώρα, ο Χέντερσον, νευροεπιστήμονας και νευροχειρουργός στο Πανεπιστήμιο Ιατρικής του Στάνφορντ, και οι συνάδελφοί του αναπτύσσουν εγκεφαλικά εμφυτεύματα που μπορεί να είναι σε θέση να προσφέρουν παρόμοιες επιθυμίες σε άλλους παράλυτους ή άτομα με προβλήματα ομιλίας.

Δύο μελέτες που δημοσιεύτηκαν την Τετάρτη στο περιοδικό Nature δείχνουν πώς τα εμφυτεύματα εγκεφάλου, που περιγράφονται ως νευροπροσθέσεις, μπορούν να καταγράψουν τη νευρική δραστηριότητα ενός ατόμου όταν προσπαθεί να μιλήσει κανονικά και η εγκεφαλική δραστηριότητα μπορεί στη συνέχεια να αποκωδικοποιηθεί σε λέξεις στην οθόνη του υπολογιστή, μέσω ακουστικής ομιλίας ή ακόμα και επικοινωνία, χρησιμοποιώντας κινούμενο avatar.

“Όταν ήμουν πέντε ετών, ο πατέρας μου ενεπλάκη σε ένα καταστροφικό αυτοκινητιστικό ατύχημα που τον άφησε μετά βίας να κινηθεί ή να μιλήσει. “Θυμάμαι ότι γελούσα με τα αστεία που προσπαθούσε να πει, αλλά η ικανότητά του Η ομιλία τους ήταν τόσο αδύναμη που μπορούσαμε δεν καταλαβαίνω τα αστεία.» Έρευνα.

Είπε: «Μεγάλωσα ελπίζοντας να τον γνωρίσω και να επικοινωνήσω μαζί του». «Και νομίζω ότι αυτή η πρώιμη εμπειρία πυροδότησε το προσωπικό μου ενδιαφέρον να καταλάβω πώς ο εγκέφαλος παράγει κίνηση και ομιλία».

Ο Χέντερσον και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και σε άλλα ιδρύματα των ΗΠΑ εξέτασαν τη χρήση αισθητήρων εγκεφάλου που εμφυτεύτηκαν στον 68χρονο Πατ Μπένετ. Διαγνώστηκε με αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση το 2012, η ​​οποία επηρέασε την ομιλία της.

Στη μελέτη τους, οι ερευνητές έγραψαν ότι ο Bennett μπορούσε να κάνει κάποιες περιορισμένες κινήσεις του προσώπου και να φωνάζει ήχους, αλλά δεν ήταν σε θέση να παράγει κατανοητή ομιλία λόγω της αμυοτροφικής πλευρικής σκλήρυνσης, μιας σπάνιας νευρολογικής νόσου που επηρεάζει τους νευρώνες στον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό.

Τον Μάρτιο του 2022, ο Χέντερσον έκανε τη χειρουργική επέμβαση για να εμφυτεύσει μια σειρά ηλεκτροδίων σε δύο περιοχές του εγκεφάλου του Μπένετ. Τα εμφυτεύματα κατέγραψαν νευρική δραστηριότητα όταν ο Μπένετ προσπάθησε να κάνει κινήσεις του προσώπου, να κάνει ήχους ή να πει μεμονωμένες λέξεις.

Οι συστοιχίες ήταν προσαρτημένες σε καλώδια που έβγαιναν από το κρανίο και συνδέονταν σε έναν υπολογιστή. Το λογισμικό αποκωδικοποίησε τη νευρωνική δραστηριότητα, μετατρέποντας τη δραστηριότητα σε λέξεις που εμφανίζονταν σε μια οθόνη υπολογιστή σε πραγματικό χρόνο. Όταν η Μπένετ τελείωσε την ομιλία της, πάτησε ένα κουμπί για να ολοκληρώσει την αποκωδικοποίηση.

Οι ερευνητές αξιολόγησαν αυτή τη διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή με τον Μπένετ να προσπαθεί να μιλήσει με άρθρωση και μόνο λέξεις «στομα» χωρίς άρθρωση.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι με ένα λεξιλόγιο 50 λέξεων, το ποσοστό σφαλμάτων αποκωδικοποίησης ήταν 9,1% τις ημέρες που μιλούσε ο Bennett και 11,2% τις ημέρες σιωπής. Όταν χρησιμοποιούσαμε ένα λεξιλόγιο 125.000 λέξεων, το ποσοστό λάθους λέξεων ήταν 23,8% σε όλες τις ημέρες άρθρωσης και 24,7% στις σιωπηλές ημέρες.

«Στην εργασία μας, δείχνουμε ότι μπορούμε να αποκωδικοποιήσουμε προσπάθειες ομιλίας με ποσοστό λάθους λέξης 23% όταν χρησιμοποιούμε μια μεγάλη δεξαμενή 125.000 πιθανών λέξεων. Ο συγγραφέας της μελέτης Frank Willett, επιστήμονας στο Εργαστήριο Νευροπροσθετικής Συνεργασίας του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes, δήλωσε στο η συνέντευξη Τύπου. : “Αυτό σημαίνει ότι περίπου τρεις στις τέσσερις λέξεις αποκωδικοποιούνται σωστά.”

«Με αυτές τις νέες μελέτες, είναι πλέον δυνατό να φανταστούμε ένα μέλλον όπου μπορούμε να αποκαταστήσουμε την ευχέρεια της συνομιλίας σε ένα παράλυτο άτομο, επιτρέποντάς του να πουν αυτό που θέλει να πει ελεύθερα και με αρκετά υψηλή ακρίβεια ώστε να γίνει αξιόπιστα κατανοητό», είπε.

Οι ερευνητές λένε ότι η αποκωδικοποίηση συνέβη σε υψηλές ταχύτητες. Ο Bennett μιλούσε με μέσο ρυθμό 62 λέξεις ανά λεπτό, που ήταν περισσότερο από τρεις φορές πιο γρήγορος από τις προηγούμενες διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή που είχαν περίπου 18 λέξεις ανά λεπτό για μοντέλα χειρογράφου.

«Αυτά τα αρχικά αποτελέσματα επικυρώνουν την ιδέα και τελικά η τεχνολογία θα την κάνει πιο προσιτή σε άτομα που δεν μπορούν να μιλήσουν εύκολα», έγραψε ο Μπένετ στο άρθρο του. δελτίο τύπου. «Για όσους δεν μιλούν, σημαίνει ότι μπορούν να παραμείνουν συνδεδεμένοι με τον ευρύτερο κόσμο, πιθανώς να συνεχίσουν να εργάζονται και να διατηρήσουν φιλικές και οικογενειακές σχέσεις».

Ωστόσο, προς το παρόν, έγραψαν οι ερευνητές, τα ευρήματά τους είναι «απόδειξη της ιδέας» ότι η αποκωδικοποίηση των κινήσεων της ομιλίας με χρήση μεγάλου λεξιλογίου είναι δυνατή, αλλά πρέπει να δοκιμαστεί σε περισσότερους ανθρώπους προτού εξεταστεί για κλινική χρήση.

«Αυτές είναι πολύ πρώιμες μελέτες», είπε ο Willett. «Και δεν έχουμε μεγάλη βάση δεδομένων με δεδομένα από άλλους ανθρώπους».

Η άλλη μελέτη, που δημοσιεύθηκε την Τετάρτη, περιελάμβανε την Anne Johnson, η οποία δεν μπορούσε να μιλήσει καθαρά λόγω παράλυσης μετά από εγκεφαλικό επεισόδιο το 2005, όταν ήταν 30 ετών. Τον Σεπτέμβριο του 2022, μια συσκευή ηλεκτροδίου εμφυτεύτηκε στον εγκέφαλό της στο Ιατρικό Κέντρο UCSF στο Σαν Φρανσίσκο, χωρίς χειρουργικές επιπλοκές.

Το εμφύτευμα κατέγραψε νευρική δραστηριότητα, η οποία αποκωδικοποιήθηκε σε κείμενο στην οθόνη. Στη μελέτη, οι ερευνητές έγραψαν ότι βρήκαν «ακριβή και γρήγορη αποκωδικοποίηση μεγάλων λεξιλογίων» με μέσο ποσοστό 78 λέξεων ανά λεπτό και μέσο ποσοστό λάθους λέξεων 25%.

Ξεχωριστά, όταν η Johnson προσπάθησε να μιλήσει σιωπηλά, η νευρική της δραστηριότητα συντέθηκε σε ήχους ομιλίας. Οι ερευνητές ανέπτυξαν επίσης μια κινούμενη εικόνα ενός avatar προσώπου για να συνοδεύει τη συνθετική ομιλία, με βάση τις προσπάθειες του ασθενούς για κινήσεις του προσώπου.

«Η ταχύτερη, πιο ακριβής και πιο φυσική επικοινωνία είναι μια από τις πιο επιθυμητές ανάγκες των ανθρώπων που έχουν χάσει την ικανότητα να μιλούν μετά από σοβαρή παράλυση», είπαν οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο και άλλα ιδρύματα στις ΗΠΑ και οι ΗΠΑ. βασίλειο, όπως γράφτηκε στη μελέτη τους. «Έχουμε αποδείξει εδώ ότι όλες αυτές οι ανάγκες μπορούν να καλυφθούν με ένα νευροπροσθετικό σύστημα ομιλίας που αποκωδικοποιεί τη δραστηριότητα του αρθρικού φλοιού σε πολλαπλές μεθόδους εξόδου σε πραγματικό χρόνο».

Ο Δρ Edward Chang, νευροχειρουργός και συγγραφέας μελέτης από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Φρανσίσκο, είπε στις ειδήσεις ότι οι δύο νέες μελέτες εμφυτευμάτων εγκεφάλου «αλληλεπικαλύπτονται» στα ευρήματά τους και στον «μακροπρόθεσμο στόχο» τους να αποκαταστήσουν τη σύνδεση με παράλυτους Ανθρωποι. οδηγίες.

«Τα αποτελέσματα και των δύο μελετών – μεταξύ 60 και 70 λέξεων ανά λεπτό σε κάθε μία – είναι ένα πραγματικό ορόσημο στον τομέα μας, συνολικά, και είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι με αυτά επειδή προέρχονται από δύο διαφορετικούς ασθενείς, δύο διαφορετικά κέντρα, δύο διαφορετικές προσεγγίσεις », είπε ο Zhang. Το πιο σημαντικό μήνυμα είναι ότι υπάρχει ελπίδα ότι αυτό θα συνεχίσει να βελτιώνεται και να παρέχει λύση τα επόμενα χρόνια».

Αν και οι συσκευές που περιγράφονται και στις δύο νέες εργασίες μελετώνται ως αποδείξεις της ιδέας —και δεν είναι προς το παρόν διαθέσιμες στο εμπόριο— θα μπορούσαν να ανοίξουν το δρόμο για τη μελλοντική επιστήμη και πιθανώς τις μελλοντικές εμπορικές συσκευές.

«Είμαι πραγματικά πολύ ενθουσιασμένος για την επιχείρηση διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή», είπε ο Χέντερσον. “Έχω κάνει τον κύκλο μου από το να θέλω να συνδεθώ με τον μπαμπά μου ως παιδί μέχρι να δω πραγματικά αυτό το έργο. Είναι απερίγραπτο.”