Wykorzystanie cichej mowy do sterowania urządzeniami komunikacyjnymi może być niezwykle korzystne dla pacjentów z paraliżem. Naukowcy planują wykorzystać do tego nowy interfejs mózg-komputer.
Przedmiotem nowych badań, opublikowanych w Nature Communications, jest zaprojektowanie urządzenia w taki sposób, aby umożliwić pacjentom z paraliżem mowy ciche literowanie wiadomości. Choć do tej pory testowano je tylko na jednej osobie, może ono utorować drogę przyszłym metodom, które mogą zmienić życie osób doświadczających trudności w komunikacji z powodu paraliżu.
Utrata zdolności do komunikowania się za pomocą mowy jest znana jako „anartria”. Może być ona spowodowana przez szereg chorób neurologicznych, takich jak stwardnienie zanikowe boczne (ALS) lub uraz mózgu. Anartria ma ogromny wpływ na jakość życia pacjentów. Mogą oni mieć trudności w porozumiewaniu się z opiekunami, rodziną i przyjaciółmi. Ponadto paraliż kończyn często uniemożliwia im korzystanie z urządzeń wspomagających. Istnieje zatem wyraźna potrzeba opracowania nowych podejść technologicznych w tej dziedzinie.
Interfejs mózg-komputer jako neuroproteza
Urządzenia, które starają się zastąpić utracone funkcje układu nerwowego, są szeroko definiowane jako „neuroprotezy”. Uczestnikiem tego konkretnego badania był 36-letni mężczyzna, który obecnie używa neuroprotezy sterowanej przez niewielkie ruchy głowy, aby umożliwić mu komunikację. Po udarze pnia mózgu rozwinęła się u niego anartria i poważne osłabienie mięśni wszystkich czterech kończyn. Zamiast polegać na ruchach głowy, nowe urządzenie wykorzystuje wszczepione elektrody, podłączone do komputera w celu utworzenia interfejsu mózg-komputer (BCI). Ten z kolei rozszyfrowuje sygnały mózgowe i wyświetla na ekranie słowa, które pacjent próbuje wypowiedzieć.
Interfejs mózg-komputer to jeden z tych tematów, które zajmują naukowców na całym świecie. Interesuje się tym nawet Elon Musk, o czym pisaliśmy na naszym blogu m.in. w tekście „W przyszłym roku Neuralink zacznie wszczepiać mikrochipy do ludzkiego mózgu”. BCI same w sobie nie są żadną nowością – wcześniej z powodzeniem wykorzystywano je, aby umożliwić sparaliżowanemu mężczyźnie wpisywanie słów poprzez wyobrażenie sobie, że pisze je ręcznie. Podobne podejście było również stosowane do umożliwienia pacjentom poruszania sparaliżowanymi kończynami.
Zespół prowadzący nowe badania wykorzystywał zresztą tę technologię w przeszłości z tym samym uczestnikiem, dekodując mowę, gdy próbował on głośno mówić. Jednak próby mówienia na głos nie są wygodne, a czasami nawet możliwe dla wszystkich sparaliżowanych pacjentów. Dlatego teraz starano się zbadać, czy ciche próby mówienia mogą być wykorzystane do kontrolowania komunikacji przy pomocy BCI.
Szansa na przywrócenie sparaliżowanym głosu
Interfejs mózg-komputer wykorzystał algorytm głębokiego uczenia, który został wytrenowany do rozszyfrowania pojedynczych liter alfabetu angielskiego. W tym samym czasie pacjent próbował po cichu wypowiedzieć odpowiednie słowo z alfabetu fonetycznego ICAO (zwanego też alfabetem fonetycznym NATO). Na przykład, aby przeliterować wyrażenie „na fali nauki”, uczestnik badania musiałby „powiedzieć”: „November, Alfa, Foxtrot, Alfa, Lima, India, November, Alfa, Uniform, Kilo, India”. Aby zasygnalizować, że zakończył literowanie swojej wiadomości, uczestnik został poproszony o próbę ściśnięcia prawej dłoni.
Korzystając ze słownika składającego się z 1152 słów, urządzenie mogło tworzyć zdania z prędkością 29,4 znaków na minutę, przy średnim współczynniku błędów wynoszącym 6,13%. Gdy w toku dalszych eksperymentów rozszerzono zasób słownictwa do ponad 9000 słów, współczynnik błędów wyniósł 8,23%.
Autorzy badania podkreślają, że potrzebne są dalsze prace, aby spróbować odtworzyć to podejście u większej liczby pacjentów. Są jednak optymistami co do tego, gdzie te wyniki mogą prowadzić. Stwierdzili, że „przyszłe neuroprotezy komunikacyjne mogą umożliwić użytkownikom z ciężkim paraliżem i anartrią kontrolowanie technologii wspomagających i urządzeń osobistych przy użyciu naturalistycznych prób cichej mowy w celu generowania zamierzonych wiadomości”.
Badania nad BCI postępują w wielu obszarach, ale dla pacjentów z anartrią eksploracja tych nowych technologii może być kluczem do przywrócenia im głosu. Zresztą nowe technologie mogą pomóc sparaliżowanym ludziom na wiele różnych sposobów. Pisaliśmy o tym m.in. w tekście „Implanty kręgosłupa pozwalają trzem sparaliżowanym osobom znowu chodzić”.
Źródło: IFLScience