Οι διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής θα μπορούσαν μια μέρα να βοηθήσουν ασθενείς που έχουν χάσει την ικανότητά τους να μιλούν

Οι διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής θα μπορούσαν μια μέρα να βοηθήσουν ασθενείς που έχουν χάσει την ικανότητά τους να μιλούν

Νέα έρευνα του Caltech δείχνει πώς οι συσκευές που εμφυτεύονται στον εγκέφαλο των ανθρώπων, που ονομάζονται διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής (ΔΜΣ), θα μπορούσαν μια μέρα να βοηθήσουν ασθενείς που έχουν χάσει την ικανότητα ομιλίας. Σε μια νέα μελέτη που παρουσιάστηκε στο συνέδριο του 2022 Society for Neuroscience στο Σαν Ντιέγκο, οι ερευνητές έδειξαν ότι μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν έναν ΔΜΣ για να προβλέψουν με ακρίβεια ποιες λέξεις σκέφτηκε μόνο ένας τετραπληγικός συμμετέχων και δεν μιλούσε ή μιμείται.

«Μπορεί να έχετε δει βίντεο με άτομα με τετραπληγία που χρησιμοποιούν ΔΜΣ για τον έλεγχο των ρομποτικών χεριών και χεριών για, για παράδειγμα, να αρπάξουν ένα μπουκάλι και να πιουν από αυτό ή να φάνε ένα κομμάτι σοκολάτας», λέει η Sarah Wandelt, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο εργαστήριο Richard Andersen του Caltech, ο καθηγητής του James G. Boswell Centre Neuroscience και διευθύντρια του Ch. στο Caltech.

"Αυτά τα νέα αποτελέσματα είναι πολλά υποσχόμενα στους τομείς της γλώσσας και της επικοινωνίας. Χρησιμοποιήσαμε τον ΔΜΣ για να ανακατασκευάσουμε τη γλώσσα", λέει ο Wandelt, ο οποίος παρουσίασε τα αποτελέσματα στο συνέδριο της 13ης Νοεμβρίου.

Προηγούμενες μελέτες είχαν κάποια επιτυχία στην πρόβλεψη της ομιλίας των συμμετεχόντων αναλύοντας τα σήματα του εγκεφάλου που καταγράφηκαν από κινητικές περιοχές όταν ένας συμμετέχων ψιθύριζε ή μιμούσε λέξεις. Αλλά το να προβλέψεις τι σκέφτεται κάποιος, ο εσωτερικός διάλογος, είναι πολύ πιο δύσκολο γιατί δεν υπάρχει κίνηση, εξηγεί ο Wandelt. «Στο παρελθόν, οι αλγόριθμοι που προσπαθούσαν να προβλέψουν την εσωτερική ομιλία μπορούσαν να προβλέψουν μόνο τρεις ή τέσσερις λέξεις και με χαμηλή ακρίβεια ή όχι σε πραγματικό χρόνο», λέει ο Wandelt.

Η νέα έρευνα είναι η πιο ακριβής ακόμα στην πρόβλεψη εσωτερικών λέξεων. Σε αυτή την περίπτωση, εγκεφαλικά σήματα καταγράφηκαν από μεμονωμένους νευρώνες σε μια περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται υπεροριακή έλικα, που βρίσκεται στον οπίσθιο βρεγματικό φλοιό. Σε μια προηγούμενη μελέτη, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι αυτή η περιοχή του εγκεφάλου αντιπροσωπεύει προφορικές λέξεις.

Τώρα η ομάδα έχει επεκτείνει τα ευρήματά της στην εσωτερική γλώσσα. Στη μελέτη, οι ερευνητές εκπαίδευσαν αρχικά τη συσκευή ΔΜΣ ώστε να αναγνωρίζει τα εγκεφαλικά μοτίβα που παράγονται όταν ορισμένες λέξεις εκφωνήθηκαν εσωτερικά ή σκεφτόταν ο τετραπληγικός συμμετέχων. Αυτή η προπονητική φάση διήρκεσε περίπου 15 λεπτά. Στη συνέχεια έδειξαν μια λέξη σε μια οθόνη και ζήτησαν από τον συμμετέχοντα να πει τη λέξη εσωτερικά. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι αλγόριθμοι ΔΜΣ ήταν σε θέση να προβλέψουν οκτώ λέξεις με ακρίβεια έως και 91 τοις εκατό.

Η εργασία είναι ακόμα προκαταρκτική, αλλά θα μπορούσε να βοηθήσει ασθενείς με εγκεφαλικές κακώσεις, παράλυση ή ασθένειες όπως η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS) που επηρεάζουν την ομιλία.

Οι νευρολογικές διαταραχές μπορεί να οδηγήσουν σε πλήρη παράλυση των εκούσιων μυών, αφήνοντας τους ασθενείς ανίκανους να μιλήσουν ή να κινηθούν, αλλά να μπορούν να σκεφτούν και να συλλογιστούν. Για αυτόν τον πληθυσμό, ένας εσωτερικός γλωσσικός ΔΜΣ θα ήταν απίστευτα χρήσιμος».

Sarah Wandelt, μεταπτυχιακή φοιτήτρια του Caltech

Ηλεκτρονικό βιβλίο νευροεπιστήμης

Συγκέντρωση των κορυφαίων συνεντεύξεων, άρθρων και ειδήσεων του περασμένου έτους. Κατεβάστε ένα δωρεάν αντίγραφο

«Έχουμε δείξει στο παρελθόν ότι μπορούμε να αποκωδικοποιήσουμε φανταστικά σχήματα χεριών για να τα πιάσουμε από την ανθρώπινη υπερπεριθωριακή έλικα», λέει ο Άντερσεν. «Η ικανότητα αποκωδικοποίησης της ομιλίας από αυτήν την περιοχή υποδηλώνει ότι ένα εμφύτευμα μπορεί να αποκαταστήσει δύο σημαντικές ανθρώπινες ικανότητες: να πιάνει και να μιλάει».

Οι ερευνητές επισημαίνουν επίσης ότι ο ΔΜΣ δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διαβάσει το μυαλό των ανθρώπων. Η συσκευή θα πρέπει να εκπαιδεύεται στον εγκέφαλο κάθε ατόμου ξεχωριστά και λειτουργεί μόνο όταν ένα άτομο εστιάζει στη λέξη.

Η μελέτη, η οποία βρίσκεται στη διαδικασία υποβολής περιοδικού, αλλά δεν έχει ακόμη αξιολογηθεί από ομοτίμους, έχει τίτλο «Διαδικτυακή εσωτερική αποκωδικοποίηση ομιλίας μεμονωμένων νευρώνων σε έναν άνθρωπο συμμετέχοντα». Χρηματοδοτήθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας, το Κέντρο Διεπαφής Εγκεφάλου-Μηχανής Tianqiao και Chrissy Chen και το Ίδρυμα Boswell. Άλλοι συγγραφείς του Caltech εκτός από τον Wandelt και τον Andersen περιλαμβάνουν τους David Bjanes, Kelsie Pejsa, Brian Lee (PhD '06) και Charles Liu. Ο Lee και ο Liu είναι Επισκέπτες Συνεργάτες του Caltech που βρίσκονται στη σχολή της Ιατρικής Σχολής Keck στο USC.

Πηγή:

Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια

.