Rozhraní mozek-stroj by jednoho dne mohlo pomoci pacientům, kteří ztratili schopnost mluvit

Rozhraní mozek-stroj by jednoho dne mohlo pomoci pacientům, kteří ztratili schopnost mluvit

Nový výzkum Caltech ukazuje, jak by zařízení implantovaná do lidských mozků, nazývaná rozhraní mozku a stroje (BMI), mohla jednoho dne pomoci pacientům, kteří ztratili schopnost mluvit. V nové studii prezentované na konferenci Society for Neuroscience v San Diegu v roce 2022 vědci ukázali, že mohou použít BMI k přesné předpovědi, která slova kvadruplegický účastník pouze myslel a nemluvil ani pantomima.

„Možná jste viděli videa lidí s kvadruplegií, kteří používají BMI k ovládání robotických paží a rukou, aby například popadli láhev a napili se z ní nebo snědli kousek čokolády,“ říká Sarah Wandelt, postgraduální studentka v laboratoři Richarda Andersena společnosti Caltech, profesor neurověd James G. Boswell a ředitel centra Tiantechiao a Chrissy Chen Interface Brain.

"Tyto nové výsledky jsou slibné v oblasti jazyka a komunikace. Použili jsme BMI k rekonstrukci jazyka," říká Wandelt, který výsledky prezentoval na konferenci 13. listopadu.

Předchozí studie měly určitý úspěch v předpovídání řeči účastníků analýzou mozkových signálů zaznamenaných z motorických oblastí, když účastník šeptal nebo napodoboval slova. Ale předvídat, co si kdo myslí, vnitřní dialog, je mnohem obtížnější, protože tam není žádný pohyb, vysvětluje Wandelt. „V minulosti dokázaly algoritmy, které se pokoušely předpovídat vnitřní řeč, předpovídat pouze tři nebo čtyři slova a s nízkou přesností nebo vůbec v reálném čase,“ říká Wandelt.

Nový výzkum je dosud nejpřesnější v předpovídání vnitřních slov. V tomto případě byly mozkové signály zaznamenány z jednotlivých neuronů v oblasti mozku zvané gyrus supramarginální, která se nachází v zadním parietálním kortexu. V předchozí studii vědci zjistili, že tato oblast mozku představuje mluvená slova.

Nyní tým rozšířil svá zjištění na interní jazyk. Ve studii vědci nejprve trénovali zařízení BMI, aby rozpoznávalo mozkové vzorce vytvořené, když byla určitá slova interně vyslovena nebo myšlena účastníkem kvadruplegie. Tato tréninková fáze trvala přibližně 15 minut. Poté ukázali slovo na obrazovce a požádali účastníka, aby slovo řekl interně. Výsledky ukázaly, že algoritmy BMI byly schopny předpovědět osm slov s přesností až 91 procent.

Práce je stále předběžná, ale mohla by pomoci pacientům s poraněním mozku, paralýzou nebo nemocemi, jako je amyotrofická laterální skleróza (ALS), které ovlivňují řeč.

Neurologické poruchy mohou vést k úplné paralýze volních svalů, takže pacienti nemohou mluvit nebo se pohybovat, ale stále jsou schopni myslet a uvažovat. Pro tuto populaci by BMI v interním jazyce neuvěřitelně pomohlo.“

Sarah Wandelt, postgraduální studentka Caltechu

Elektronická kniha o neurovědách

Kompilace top rozhovorů, článků a novinek za poslední rok. Stáhněte si bezplatnou kopii

„Už dříve jsme ukázali, že dokážeme dekódovat imaginární tvary ruky pro uchopení z lidského supramarginálního gyru,“ říká Andersen. "Schopnost také dekódovat řeč z této oblasti naznačuje, že implantát může obnovit dvě důležité lidské schopnosti: uchopení a mluvení."

Vědci také poukazují na to, že BMI nelze použít ke čtení myšlenek lidí; Zařízení by se muselo trénovat v mozku každého člověka zvlášť a fungují jen tehdy, když se člověk soustředí na slovo.

Studie, která je v procesu předkládání časopisu, ale dosud nebyla recenzována, se jmenuje „Online interní dekódování řeči jednotlivých neuronů u lidského účastníka“. Byl financován National Institutes of Health, Tianqiao a Chrissy Chen Brain-Machine Interface Center a Boswell Foundation. Mezi další autory Caltechu kromě Wandelta a Andersena patří David Bjanes, Kelsie Pejsa, Brian Lee (PhD '06) a Charles Liu. Lee a Liu jsou hostující kolegové Caltechu, kteří jsou na fakultě Keck School of Medicine na USC.

Zdroj:

Kalifornský technologický institut

.