Aivojen ja koneen rajapinnat voisivat jonain päivänä auttaa potilaita, jotka ovat menettäneet puhekykynsä

Aivojen ja koneen rajapinnat voisivat jonain päivänä auttaa potilaita, jotka ovat menettäneet puhekykynsä

Uusi Caltech-tutkimus osoittaa, kuinka ihmisten aivoihin istutetut laitteet, joita kutsutaan aivo-konerajapinnoiksi (BMI), voivat jonain päivänä auttaa potilaita, jotka ovat menettäneet puhekyvyn. Uudessa tutkimuksessa, joka esiteltiin vuoden 2022 Society for Neuroscience -konferenssissa San Diegossa, tutkijat osoittivat, että he voivat käyttää BMI:tä ennustaakseen tarkasti, mitä sanoja nelihaarainen osallistuja vain ajatteli, mutta ei puhunut tai mimiöinyt.

"Olet saattanut nähdä videoita ihmisistä, joilla on quadriplegia, jotka käyttävät painoindeksiä ohjaamaan robottikäsivarsia ja -käsiä esimerkiksi tarttumaan pulloon ja juomaan siitä tai syömään palan suklaata", sanoo Sarah Wandelt, Caltechin Richard Andersenin laboratorion jatko-opiskelija, James G. Boswellin neurotieteiden professori ja CalinChrisstech Cheyan ja Interface Centerin johtaja.

"Nämä uudet tulokset ovat lupaavia kielen ja viestinnän aloilla. Käytimme BMI:tä kielen rekonstruoimiseen", sanoo Wandelt, joka esitteli tulokset 13. marraskuuta pidetyssä konferenssissa.

Aiemmat tutkimukset ovat onnistuneet ennustamaan osallistujien puhetta analysoimalla motorisilta alueilta tallennettuja aivosignaaleja, kun osallistuja kuiskasi tai matkii sanoja. Mutta sen ennustaminen, mitä joku ajattelee, sisäinen dialogi, on paljon vaikeampaa, koska liikettä ei ole, Wandelt selittää. "Aiemmin algoritmit, jotka yrittivät ennustaa sisäistä puhetta, pystyivät ennustamaan vain kolme tai neljä sanaa ja heikosti tai ei reaaliajassa", Wandelt sanoo.

Uusi tutkimus on tarkin vielä sisäisten sanojen ennustamisessa. Tässä tapauksessa aivosignaalit tallennettiin yksittäisistä neuroneista aivoalueella, jota kutsutaan supramarginaaliseksi gyrusksi ja joka sijaitsee posteriorisessa parietaalikorteksissa. Aiemmassa tutkimuksessa tutkijat havaitsivat, että tämä aivojen alue edustaa puhuttuja sanoja.

Nyt tiimi on laajentanut havaintojaan sisäiseen kieleen. Tutkimuksessa tutkijat kouluttivat ensin BMI-laitetta tunnistamaan aivokuviot, jotka muodostuivat, kun nelijakoinen osallistuja puhui tai ajatteli tiettyjä sanoja. Tämä harjoitusvaihe kesti noin 15 minuuttia. Sitten he näyttivät sanan näytöllä ja pyysivät osallistujaa sanomaan sanan sisäisesti. Tulokset osoittivat, että BMI-algoritmit pystyivät ennustamaan kahdeksan sanaa jopa 91 prosentin tarkkuudella.

Työ on vielä alustavaa, mutta voisi auttaa potilaita, joilla on aivovammoja, halvaantuminen tai puheeseen vaikuttavia sairauksia, kuten amyotrofinen lateraaliskleroosi (ALS).

Neurologiset häiriöt voivat johtaa vapaaehtoisten lihasten täydelliseen halvaantumiseen, jolloin potilaat eivät pysty puhumaan tai liikkumaan, mutta pystyvät silti ajattelemaan ja järkeilemään. Tälle väestölle sisäisen kielen BMI olisi uskomattoman hyödyllinen."

Sarah Wandelt, Caltechin jatko-opiskelija

Neurotieteen e-kirja

Kokoelma viime vuoden huippuhaastatteluista, artikkeleista ja uutisista. Lataa ilmainen kopio

"Olemme aiemmin osoittaneet, että voimme purkaa kuvitteellisia käsien muotoja tarttumiseen ihmisen supramarginaalisesta gyruksesta", Andersen sanoo. "Kyky myös purkaa puhetta tältä alueelta viittaa siihen, että implantti voi palauttaa kaksi tärkeää ihmisen kykyä: tarttua ja puhua."

Tutkijat huomauttavat myös, että painoindeksiä ei voida käyttää ihmisten mielien lukemiseen; Laitteita tulisi kouluttaa jokaisen ihmisen aivoihin erikseen, ja ne toimivat vain, kun ihminen keskittyy sanaan.

Tutkimus, jota ollaan lähettämässä päiväkirjaan, mutta jota ei ole vielä arvioitu, on nimeltään "Ihmisosallistujan yksittäisten neuronien online-puheen dekoodaus". Sitä rahoittivat National Institutes of Health, Tianqiao ja Chrissy Chen Brain-Machine Interface Center sekä Boswell Foundation. Muita Caltechin kirjoittajia Wandeltin ja Andersenin lisäksi ovat David Bjanes, Kelsie Pejsa, Brian Lee (PhD '06) ja Charles Liu. Lee ja Liu ovat Caltechin vierailevia yhteistyökumppaneita, jotka työskentelevät USC:n Keck School of Medicine -koulussa.

Lähde:

California Institute of Technology

.