Nowe badania pokazują, że implanty mózgowe mogą pomóc osobom po udarze „mówić” przez ekrany szybciej i dokładniej niż kiedykolwiek wcześniej

CNN
—

Dr. Przez całe dzieciństwo Jaime Henderson miał jedno życzenie: aby ojciec z nim rozmawiał. Obecnie Henderson i jego współpracownicy, naukowiec i neurochirurg w Stanford Medicine, opracowują implanty mózgowe, które mogą spełniać podobne życzenia u osób z udarem lub zaburzeniami mowy.

Dwa badania opublikowane w środę w czasopiśmie Nature pokazują, że implanty mózgowe, określane jako neuroprotezy, mogą rejestrować aktywność mózgu podczas próby naturalnego mówienia. Nawet komunikował się za pomocą animowanego awatara.

„Kiedy miałem 5 lat, mój tata miał tragiczny wypadek samochodowy, w wyniku którego nie mógł się poruszać ani mówić. Pamiętam, że śmiałem się z dowcipów, które próbował opowiadać, ale jego mowa była tak słaba, że ​​nie mogliśmy uchwycić puenty ” – powiedział na konferencji prasowej Henderson, autor badania i profesor na Uniwersytecie Stanforda.

„Chciałem go poznać i nawiązać z nim kontakt” – powiedział. „Myślę, że to wczesne doświadczenie rozbudziło moje osobiste zainteresowanie zrozumieniem, w jaki sposób mózg wytwarza ruch i mowę”.

Henderson i jego współpracownicy ze Stanford i innych amerykańskich instytucji badali zastosowanie czujników mózgowych wszczepionych 68-letniemu Patowi Bennettowi. W 2012 roku zdiagnozowano u niego stwardnienie zanikowe boczne, które wpłynęło na jego mowę.

Bennett mógł wykonywać pewne ograniczone ruchy twarzy i wydawać dźwięki, ale nie był w stanie wypowiadać się wyraźnie z powodu ALS, rzadkiej choroby neurologicznej atakującej komórki nerwowe w mózgu i rdzeniu kręgowym – napisali naukowcy w swoim badaniu.

W marcu 2022 roku Henderson przeszedł operację wszczepienia układów elektrod w dwóch obszarach mózgu Bennetta. Gdy Bennett próbował wykonywać ruchy twarzy, wydawać dźwięki lub wypowiadać pojedyncze słowa, implanty rejestrowały aktywność neuronową.

Tablice zostały przymocowane do przewodów wychodzących z czaszki i podłączonych do komputera. Oprogramowanie dekoduje aktywność neuronową i konwertuje ją na słowa wyświetlane na ekranie komputera w czasie rzeczywistym. Kiedy Bennett skończył mówić, nacisnęła przycisk, aby zakończyć dekodowanie.

Naukowcy ocenili ten interfejs mózg-komputer, prosząc Bennetta o próbę mówienia za pomocą wokalizacji i używania wyłącznie słów „usta” bez wokalizacji.

Badacze odkryli, że w przypadku słownictwa składającego się z 50 słów wskaźnik błędów w dekodowaniu wynosił 9,1% w dni, w których słychać było głos Bennetta, i 11,2% w dni spokojne. W przypadku korzystania ze słownictwa zawierającego 125 000 słów wskaźnik błędów słownych wyniósł 23,8% we wszystkie dni, w których używano głosu, i 24,7% w dni spokojne.

„W naszej pracy pokazujemy, że próby mówienia można zrozumieć przy współczynniku błędów w wyrazie wynoszącym 23% przy użyciu 125 000 możliwych słów. Oznacza to, że trzy na cztery słowa są rozumiane poprawnie” – autor badania Frank Willett, pracownik naukowy w Instytut Medyczny Howarda Hughesa stowarzyszony z Laboratorium Translacyjnym Protetyki Neuronowej, o czym poinformował w komunikacie prasowym, powiedział na konferencji.

„Dzięki tym nowym badaniom możemy teraz wyobrazić sobie przyszłość, w której osoba po udarze może odzyskać płynność konwersacji i powiedzieć wszystko, co chce, z wystarczającą precyzją, aby można było ją wiarygodnie zrozumieć” – powiedział.

Naukowcy twierdzą, że dekodowanie odbyło się z dużą szybkością. Bennett mówił ze średnią prędkością 62 słów na minutę, „trzykrotnie większą” niż w przypadku poprzednich interfejsów mózg-komputer, które w przypadku modeli pisma ręcznego wynosiły 18 słów na minutę.

„Te wczesne wyniki potwierdzają tę koncepcję i ostatecznie osoby, które nie potrafią mówić, będą chciały, aby technologia była bardziej dostępna” – napisał Bennett. Komunikat prasowy. „Osoby niewerbalne mogą pozostać w kontakcie z większym światem, być może kontynuować pracę oraz utrzymywać relacje przyjacielskie i rodzinne”.

Na razie naukowcy napisali, że ich odkrycia stanowią „dowód na słuszność koncepcji”, że dekodowanie ruchów mowy przy użyciu dużego słownictwa jest możliwe, ale zanim będzie można rozważyć zastosowanie kliniczne, należy je przetestować na większej liczbie osób.

„To bardzo wczesne badania” – powiedział Willett. „Nie mamy ogromnej bazy danych zawierających dane od innych osób”.

Inne badanie opublikowane w środę wykazało, że Ann Johnson, która w 2005 roku w wieku 30 lat doznała udaru mózgu, z powodu udaru nie mogła wyraźnie mówić. We wrześniu 2022 roku w jego mózgu w UCSF Medical Center w San Francisco wszczepiono urządzenie elektrodowe, bez powikłań chirurgicznych.

Implant rejestrował aktywność neuronową, która była dekodowana jako tekst na ekranie. W badaniu naukowcy napisali, że odkryli „dokładne i szybkie dekodowanie dużego słownictwa” ze średnią szybkością 78 słów na minutę i średnim poziomem błędów słów wynoszącym 25%.

Osobno, gdy Johnson próbowała mówić cicho, jej aktywność neuronowa została zintegrowana z dźwiękami mowy. Naukowcy stworzyli także animację awatara twarzy na podstawie prób ruchów twarzy pacjenta w połączeniu z syntetyzowaną mową.

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco i innych instytucji w Stanach Zjednoczonych i Stanach Zjednoczonych: „Szybka, dokładniejsza i naturalna komunikacja to jedna z najbardziej pożądanych potrzeb osób, które utraciły zdolność mówienia po ciężkim udarze. Kingdom” – napisali w swoim badaniu. „Aby zaspokoić wszystkie te potrzeby za pomocą neurosystemu mowy. Pokazaliśmy tutaj, że może on dekodować aktywność kory artykulacyjnej na wiele trybów wyjściowych w czasie rzeczywistym”.

Wyniki dwóch nowych badań dotyczących implantów mózgowych są „zbieżne” pod względem wniosków, a ich „długoterminowym celem” jest przywrócenie komunikacji ofiarom udaru mózgu, stwierdził dr Edward Chang, neurochirurg z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco i autor badania. Wyjaśnienie.

„Wyniki obu badań — w obu badaniach wynoszących od 60 do 70 słów na minutę — są ogólnie rzecz biorąc prawdziwym kamieniem milowym w naszej dziedzinie i jesteśmy bardzo podekscytowani, ponieważ pochodzą od dwóch różnych pacjentów, z dwóch różnych ośrodków. Dwa różne podejścia, – powiedział Chang. „Najważniejszym przesłaniem jest to, że istnieje nadzieja, że ​​będzie on nadal rozwijany i zapewni rozwiązanie na nadchodzące lata”.

Chociaż urządzenia opisane w dwóch nowych artykułach są badane w celu sprawdzenia koncepcji – obecnie niedostępne na rynku – mogą utorować drogę przyszłej nauce i przyszłym urządzeniom komercyjnym.

„Jestem bardzo podekscytowany działalnością komercyjną w obszarze interfejsu mózg-komputer” – powiedział Henderson. „Zatoczyłem pełne koło – od chęci nawiązania kontaktu z tatą jako dziecko do zobaczenia, jak to naprawdę działa. Tego nie da się opisać.