Rozhrania mozog-stroj by jedného dňa mohli pomôcť pacientom, ktorí stratili schopnosť hovoriť

Rozhrania mozog-stroj by jedného dňa mohli pomôcť pacientom, ktorí stratili schopnosť hovoriť

Nový výskum Caltech ukazuje, ako zariadenia implantované do mozgu ľudí, nazývané rozhrania mozog-stroj (BMI), by jedného dňa mohli pomôcť pacientom, ktorí stratili schopnosť hovoriť. V novej štúdii prezentovanej na konferencii Society for Neuroscience v San Diegu v roku 2022 výskumníci ukázali, že môžu použiť BMI na presné predpovedanie toho, ktoré slová si kvadruplegický účastník iba myslel a nehovoril ani pantomímu.

„Možno ste videli videá ľudí s kvadruplégiou, ktorí používajú BMI na ovládanie robotických paží a rúk, aby napríklad chytili fľašu a vypili z nej alebo zjedli kúsok čokolády,“ hovorí Sarah Wandelt, postgraduálna študentka v laboratóriu Richarda Andersena v Caltech, profesor neurovedy James G. Boswell a riaditeľ Centra Tiantechiao a Chrissyho Chen Interface Brain.

"Tieto nové výsledky sú sľubné v oblasti jazyka a komunikácie. Použili sme BMI na rekonštrukciu jazyka," hovorí Wandelt, ktorý výsledky prezentoval na konferencii 13. novembra.

Predchádzajúce štúdie mali určitý úspech pri predpovedaní reči účastníkov analýzou mozgových signálov zaznamenaných z motorických oblastí, keď účastník zašepkal alebo napodobnil slová. Ale predpovedať, čo si niekto myslí, vnútorný dialóg, je oveľa ťažšie, pretože tam nie je žiadny pohyb, vysvetľuje Wandelt. „V minulosti mohli algoritmy, ktoré sa pokúšali predpovedať internú reč, predpovedať iba tri alebo štyri slová a s nízkou presnosťou alebo nie v reálnom čase,“ hovorí Wandelt.

Nový výskum je zatiaľ najpresnejší v predpovedaní vnútorných slov. V tomto prípade boli mozgové signály zaznamenané z jednotlivých neurónov v oblasti mozgu nazývanej supramarginálny gyrus, ktorá sa nachádza v zadnej parietálnej kôre. V predchádzajúcej štúdii vedci zistili, že táto oblasť mozgu predstavuje hovorené slová.

Teraz tím rozšíril svoje zistenia na interný jazyk. V štúdii výskumníci najskôr trénovali zariadenie BMI, aby rozpoznalo mozgové vzorce vytvorené, keď účastník s kvadruplegikou vnútorne povedal alebo myslel určité slová. Táto tréningová fáza trvala približne 15 minút. Potom ukázali slovo na obrazovke a požiadali účastníka, aby slovo povedal interne. Výsledky ukázali, že algoritmy BMI boli schopné predpovedať osem slov s presnosťou až 91 percent.

Práca je stále predbežná, ale mohla by pomôcť pacientom s poraneniami mozgu, paralýzou alebo chorobami, ako je amyotrofická laterálna skleróza (ALS), ktoré ovplyvňujú reč.

Neurologické poruchy môžu viesť k úplnej paralýze dobrovoľných svalov, takže pacienti nemôžu hovoriť alebo sa pohybovať, ale stále sú schopní myslieť a uvažovať. Pre túto populáciu by bol BMI v internom jazyku neuveriteľne užitočný.“

Sarah Wandelt, postgraduálna študentka Caltechu

Elektronická kniha o neurovedách

Kompilácia top rozhovorov, článkov a noviniek za posledný rok. Stiahnite si bezplatnú kópiu

„Už predtým sme ukázali, že dokážeme dekódovať imaginárne tvary rúk na uchopenie z ľudského supramarginálneho gyru,“ hovorí Andersen. "Schopnosť tiež dekódovať reč z tejto oblasti naznačuje, že implantát môže obnoviť dve dôležité ľudské schopnosti: uchopenie a rozprávanie."

Vedci tiež poukazujú na to, že BMI nemožno použiť na čítanie myšlienok ľudí; Zariadenie by sa muselo trénovať v mozgu každého človeka zvlášť a fungujú len vtedy, keď sa človek sústredí na slovo.

Štúdia, ktorá je v procese predkladania časopisu, ale ešte nebola recenzovaná, má názov „Online interné dekódovanie reči jednotlivých neurónov u ľudského účastníka“. Financovali ho National Institutes of Health, Tianqiao a Chrissy Chen Brain-Machine Interface Center a Boswell Foundation. Medzi ďalších autorov Caltechu okrem Wandelta a Andersena patria David Bjanes, Kelsie Pejsa, Brian Lee (PhD '06) a Charles Liu. Lee a Liu sú hosťujúci kolegovia Caltechu, ktorí sú na fakulte Keck School of Medicine v USC.

Zdroj:

Kalifornský technologický inštitút

.