Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego pracują nad przełomową neuroprotezą mowy dla osób sparaliżowanych01.08.2019

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco znaleźli rozwiązanie dla osób z zaburzoną funkcją mowy. Badacze rozwijają system, który z pomocą aktywności kory mózgowej ma służyć do dekodowania i nadawania intencji zdaniowych.

Do tej pory najnowsze wynalazki dla osób z zaburzoną funkcją mowy czy któregoś z jej elementów (np. strun głosowych), koncentrowały się na metodach zewnętrznych. Przykładem jest oprogramowanie Intela – ACAT (assistive context-aware toolkit), rozwijane na potrzeby sparaliżowanego astrofizyka Stephena Hawkinga, które używało czujnika umieszczonego w policzku zmarłego w zeszłym roku naukowca. Razem z przełącznikiem podczerwieni zamontowanym w okularach Hawkinga i klawiaturą Swiftkey urządzenie rejestrowało wszystko, co chciał powiedzieć astrofizyk. Mógł też w ten sposób pisać książki i przeglądać pocztę elektroniczną. System, jak każdy inny, miał jednak swoje ograniczenia. Tempo tłumaczenia myśli na słowa nie było tak szybkie, jak w trakcie naturalnej rozmowy. 

Dlatego naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco, pod przewodnictwem profesora Edwarda F. Changa, rozwijają system dekodowania i nadawania komunikatów w formie mowy w czasie rzeczywistym. Z niedawno opublikowanego badania wynika, że metoda ta jest przełomowa. Polega ona na śledzeniu intencji sparaliżowanego rozmówcy przez odczytywanie impulsów z aktywności kory mózgowej. 

Na razie są to proste schematy myślowe. Specjalne oprogramowanie dekoduje myśli z płata skroniowego odpowiedzialnego za analizowanie bodźców słuchowych i mowę w mózgu. Obsługuje wyłącznie zdania, których zostało nauczone, np.: „Jakiego instrumentu muzycznego lubisz słuchać najbardziej?”. Zaprogramowano sześć odpowiedzi na to pytanie: gitary elektrycznej, pianina, perkusji, skrzypiec, syntezatorów lub żadnego z tych. Podobne zestawy pytań dotyczyły takich kwestii jak uczucia pacjenta, czy podstawowych odczuć związanych np. z panującą w pokoju temperaturą czy oświetleniem.

Z czasem formuły komunikacyjne będą stawały się coraz bardziej zaawansowane, a algorytm sprawniej będzie rozpoznawał impulsy. Na tę chwilę system wykrywa impulsy w korze mózgowej, które umysł wysyła do ludzkiego zespołu aparatu mowy: ust, języka, szczęki i krtani. Specyfika przesyłanych bodźców w zależności od pacjenta może się różnić, dlatego metoda ta jest na razie prototypowa. W przyszłości jednak z jej pomocą chory będzie mógł dotrzymać tempa naturalnemu rytmowi rozmowy i odpowiadać lub zadawać pytania w czasie rzeczywistym – płynniej niż w przypadku dotychczasowych rozwiązań.

– Do tej pory nie powstało urządzenie, które imitowałoby ludzką mowę w taki sposób, by zezwolić na naturalną komunikację w czasie rzeczywistym – mówi Edward Chang, neurochirurg przewodzący niedawno opublikowanemu badaniu.

Badacze dokonali odkrycia obserwując trzech epileptyków, którzy byli jeszcze co prawda zdolni do mówienia, lecz ich stan wskazywał konieczność operacji mózgu. Wcześniej w ich narządach ośrodkowego układu nerwowego umieszczono po trzy zestawy łat z elektrodami (metoda elektrokortykografii – ECoG), które miały lokalizować źródło napadów. Podczas pobytu w szpitalu chorzy wzięli udział w eksperymencie doktora Changa. Ten wykorzystał elektrody do nagrywania aktywności w korze mózgowej w trakcie, gdy ośrodek mowy był przez nich używany. Każdy pacjent dostał 9 zestawów pytań i był proszony o odczytanie listy łącznie 24 potencjalnych odpowiedzi.

Na tej podstawie stworzono model, który nauczył się kojarzyć konkretne wzory impulsów przechodzących przez korę mózgową z tym, co aktualnie pacjenci mówili lub czego słuchali. Oprogramowanie jest w stanie dekodować impulsy na wyobrażone zdania z dokładnością do 71%.