Implanturile cerebrale pot ajuta persoanele cu paralizie sa „vorbeasca” mai repede

Dr. Jaimie Henderson a avut o singura dorinta de-a lungul copilariei: ca tatal sau sa poata vorbi cu el. Acum, om de stiinta si neurochirurg la Stanford Medicine, Henderson si colegii sai dezvolta implanturi cerebrale care ar putea fi capabile sa indeplineasca dorinte similare pentru alte persoane cu paralizie sau tulburari de vorbire.

Doua studii publicate miercuri in revista Nature arata cum implanturile cerebrale, descrise ca neuroproteze, pot inregistra activitatea neuronala a unei persoane atunci cand incearca sa vorbeasca in mod natural, iar aceasta activitate a creierului poate fi apoi decodificata in cuvinte pe ecranul unui computer, prin vorbire audio sau chiar a comunicat folosind un avatar animat.

„Cand aveam 5 ani, tatal meu a fost implicat intr-un accident de masina devastator care l-a lasat cu greu sa se miste sau sa vorbeasca. Imi amintesc ca am ras de glumele pe care a incercat sa le spuna, dar capacitatea lui de vorbire a fost atat de afectata incat nu am putut intelege concluzia”, a declarat Henderson, autor al unuia dintre studii si profesor la Universitatea Stanford, intr-un briefing de stiri despre el. cercetare.

„Asa ca am crescut dorindu-mi sa-l cunosc si sa comunic cu el”, a spus el. „Si cred ca aceasta experienta timpurie mi-a starnit interesul personal pentru intelegerea modului in care creierul produce miscare si vorbire.”

Henderson si colegii sai de la Stanford si alte institutii din SUA au examinat utilizarea senzorilor cerebrali implantati la Pat Bennett, in varsta de 68 de ani. Fusese diagnosticata cu scleroza laterala amiotrofica in 2012 si i-a afectat vorbirea.

Cercetatorii au scris in studiul lor ca Bennett poate face unele miscari faciale limitate si poate vocaliza sunete, dar este incapabil sa produca o vorbire clara din cauza ALS, o boala neurologica rara care afecteaza celulele nervoase din creier si maduva spinarii.

In martie 2022, Henderson a efectuat interventia chirurgicala pentru a implanta retele de electrozi in doua zone ale creierului lui Bennett. Implanturile au inregistrat activitate neuronala in timp ce Bennett a incercat sa faca miscari faciale, sa scoata sunete sau sa rosteasca cuvinte simple.

Retelele erau atasate la fire care ieseau din craniu si erau conectate la un computer. Software-ul a decodat activitatea neuronala, transformand activitatea in cuvinte care au fost afisate pe ecranul computerului in timp real. Cand Bennett a terminat de vorbit, a apasat un buton pentru a finaliza decodarea.

Cercetatorii au evaluat aceasta interfata intre creier si computer, in care Bennett a incercat sa vorbeasca cu vocalizari si doar sa „gura” cuvinte fara vocalizare.

Te-ar putea interesa si: Cele 7 cele mai bune inghetate vegane, potrivit unui dietetician

Cu un vocabular de 50 de cuvinte, rata erorilor in decodificare a fost de 9,1% in zilele in care Bennett a vocalizat si de 11,2% in zilele tacute, au descoperit cercetatorii. Cand se foloseste un vocabular de 125.000 de cuvinte, rata de eroare a cuvintelor a fost de 23,8% in toate zilele de vocalizare si de 24,7% pentru zilele tacute.

„In munca noastra, aratam ca putem descifra incercarea de vorbire cu o rata de eroare a cuvintelor de 23% atunci cand folosim un set mare de 125.000 de cuvinte posibile. Aceasta inseamna ca aproximativ trei cuvinte din patru sunt descifrate corect”, a declarat Frank Willett, autor al studiului si om de stiinta al Institutului Medical Howard Hughes, afiliat la Neural Prosthetics Translational Lab, in ​​briefingul de stiri.

„Cu aceste noi studii, este acum posibil sa ne imaginam un viitor in care sa putem restabili conversatia fluenta cu cineva cu paralizie, permitandu-i sa spuna liber orice vrea sa spuna cu o acuratete suficient de mare pentru a fi inteles in mod fiabil”, a spus el.

Cercetatorii spun ca decodificarea a avut loc la viteze mari. Bennett a vorbit cu un ritm mediu de 62 de cuvinte pe minut, ceea ce „mai mult decat tripleaza” viteza interfetelor anterioare creier-calculator, care aveau aproximativ 18 cuvinte pe minut pentru modelele scrise de mana.

„Aceste rezultate initiale au dovedit conceptul si, in cele din urma, tehnologia va ajunge din urma pentru a-l face usor accesibil persoanelor care nu pot vorbi”, a scris Bennett intr-un comunicat de presa. „Pentru cei care sunt nonverbali, acest lucru inseamna ca pot ramane conectati cu lumea mai mare, poate continua sa lucreze, sa mentina relatiile de prieteni si de familie.”

Cu toate acestea, pentru moment, cercetatorii au scris ca descoperirile lor sunt o „dovada a conceptului” ca decodarea miscarilor vorbirii cu un vocabular mare este posibila, dar trebuie testata pe mai multe persoane inainte de a putea fi luata in considerare pentru uz clinic.

„Acestea sunt studii foarte timpurii”, a spus Willett. „Si nu avem o baza de date mare de date de la alte persoane.”

Te-ar putea interesa si: Cum sa treci mai usor prin simptomele menopauzei

'Exista speranta'

Celalalt studiu publicat miercuri a implicat-o pe Ann Johnson, care nu a putut vorbi clar din cauza paraliziei dupa ce a avut un accident vascular cerebral in 2005, cand avea 30 de ani. In septembrie 2022, un dispozitiv cu electrozi i-a fost implantat in creier la Centrul Medical UCSF din San Francisco, fara complicatii chirurgicale.

Implantul a inregistrat activitatea neuronala, care a fost decodificata in text pe un ecran. Cercetatorii au scris in studiu ca au gasit „decodare precisa si rapida a vocabularului mare” cu o rata medie de 78 de cuvinte pe minut si o rata medie de eroare a cuvintelor de 25%.

Separat, in timp ce Johnson a incercat sa vorbeasca in tacere, activitatea ei neuronala a fost sintetizata in sunete de vorbire. Cercetatorii au dezvoltat, de asemenea, o animatie a unui avatar facial pentru a insoti vorbirea sintetizata, pe baza incercarilor de miscari faciale ale pacientului.

„Comunicarea mai rapida, mai precisa si mai naturala se numara printre nevoile cele mai dorite ale persoanelor care si-au pierdut capacitatea de a vorbi dupa o paralizie severa”, cercetatorii de la Universitatea din California, San Francisco si alte institutii din Statele Unite si Statele Unite. Regatul, a scris in studiul lor. „Aici am demonstrat ca toate aceste nevoi pot fi abordate cu un sistem neuroprotetic de vorbire care decodifica activitatea corticala articulatorie in modalitati multiple de iesire in timp real.”

Cele doua noi studii cu implanturi cerebrale „se suprapun” in descoperirile lor si in „obiectivul pe termen lung” de a restabili comunicarea pentru persoanele cu paralizie, a spus in stiri dr. Edward Chang, neurochirurg si autor al studiului de la UC San Francisco. briefing.

„Rezultatele ambelor studii – intre 60 si 70 de cuvinte pe minut in ambele – reprezinta o adevarata piatra de hotar pentru domeniul nostru, in general, si suntem foarte incantati de asta, deoarece provine de la doi pacienti diferiti, doua centre diferite, doua abordari diferite”, a spus Chang. „Si cel mai important mesaj este ca exista speranta ca acest lucru va continua sa se imbunatateasca si sa ofere o solutie in urmatorii ani.”

Desi dispozitivele descrise in ambele lucrari noi sunt studiate ca dovezi de concept - si nu sunt in prezent disponibile comercial - ele ar putea deschide calea pentru stiinta viitoare si, eventual, viitoare dispozitive comerciale.

„Sunt de fapt foarte incantat de activitatea comerciala din zona interfetei creier-calculator”, a spus Henderson. „Am incheiat cercul de la mi-as dori sa pot comunica cu tatal meu cand eram copil si sa vad ca asta functioneaza cu adevarat. Este de nedescris.”