Vědci chápou slova paralyzovaného pacienta prostřednictvím mozkových signálů
Vědci použili nový druh nepronikující mikroelektrody, která sedí na vrcholu mozku, aniž by do něj vnikla. Tyto elektrody jsou známé jako microECoG, protože se jedná o menší adaptaci velkých elektrod používaných v elektrokortikografii neboli ECoG, které byly vyvinuty před několika desítkami let.
"Byli jsme schopni dekódovat mluvená slova pouze pomocí signálů z mozku pomocí zařízení, které je příslibem pro dlouhodobé použití u paralyzovaných pacientů, kteří nyní nemohou mluvit," řekl Bradley Greger, odborný asistent bioinženýrství.
Dobrovolník, který už měl kraniotomii - dočasné částečné odstranění lebky - ve snaze pomoci svým těžkým epileptickým záchvatům, se přihlásil do výzkumu. Vědci umístili mřížky mikroelektrod na řečová centra jeho mozku - na motorickou kůru obličeje, která řídí pohyby svalů zapojených do mluvení, a také na oblast Wernicke, která je spojena s porozuměním a porozuměním jazyka.
Protože mikroelektrody ve skutečnosti neprorážejí mozkovou hmotu, jsou považovány za bezpečné místo v řečových oblastech mozku. Díky těmto mikroelektrodám byli vědci schopni detekovat a zaznamenávat elektrické mozkové signály generované několika tisíci neuronů nebo nervových buněk.
Poté, co dobrovolník opakovaně četl každých 10 slov, která by mohla být užitečná pro ochrnutého člověka - ano, ne, horký, studený, hladový, žíznivý, ahoj, sbohem, čím dál méně -, vědci se pokusili zjistit, které mozkové signály představují každý z 10 slov analýzou změn v síle různých frekvencí přicházejících s každým nervovým signálem.
Když byly porovnány jakékoli dva mozkové signály - například ty, které byly generovány, když muž řekl slova „ano“ a „ne“ - vědci dokázali rozpoznat rozdíl mezi každým slovem 76 procent až 90 procent času.
Když vědci použili pouze pět mikroelektrod na každé 16-elektrodové mřížce, které byly nejpřesnější při dekódování mozkových signálů z motorické kůry obličeje, jejich přesnost při rozlišování mezi slovy stoupla na téměř 90 procent.
Když se vědci podívali na všech 10 vzorců mozkových signálů najednou, byli schopni správně označit každé slovo pouze ve 28 až 48 procentech času. To bylo lepší než náhoda (10 procent), ale ještě to nebylo považováno za dostatečně silné.
"Neznamená to, že problém je zcela vyřešen a my všichni můžeme jít domů," říká Greger. "Znamená to, že to funguje, a nyní to musíme vylepšit, aby lidé se syndromem" uzamčeného "mohli skutečně komunikovat."
"Zjevným dalším krokem - a to právě teď děláme - je udělat to s většími mikroelektrodovými mřížkami." Můžeme zvětšit mřížku, mít více elektrod a získat z mozku obrovské množství dat, což pravděpodobně znamená více slov a lepší přesnost, “říká Greger.
"To je důkaz koncepce." Prokázali jsme, že tyto signály vám mohou říci, co daná osoba říká, nad rámec náhody. Musíme však být schopni dělat více slov s větší přesností, než to bude něco, co by pacient mohl považovat za užitečné, “dodává.
Vzhledem k tomu, že tato metoda vyžaduje mnohem větší zdokonalení a zahrnuje umístění elektrod na mozek, Greger očekává, že to bude několik let, než budou k dispozici klinické studie na paralyzovaných lidech, kteří nemohou mluvit.
Existuje však naděje, že neustálý výzkum v této oblasti nakonec přinese bezdrátové zařízení, které dokáže převést myšlenky člověka na počítačově mluvená slova, říká Greger. Právě teď mohou lidé, kteří jsou „uzamčeni“, komunikovat pouze pohybem, například mrknutím oka nebo mírným pohybem ruky nebo pečlivým výběrem písmen nebo slov ze seznamu.
Kolegové z University of Utah, kteří studii provedli s Gregerem, zahrnovali elektrotechniky Spencera Kellise, doktoranda, a Richarda Browna, děkana College of Engineering; a Paul House, odborný asistent neurochirurgie. Dalším spoluautorem byl Kai Miller, neurolog z Washingtonské univerzity v Seattlu.
Výzkum byl financován z National Institutes of Health, Defense Advanced Research Projects Agency, University of Utah Research Foundation a National Science Foundation.
TheJournal of Neural EngineeringV září vydáme Gregerovu studii, která ukazuje proveditelnost převodu mozkových signálů na počítačově mluvená slova.
Zdroj: University of Utah
