Un implant neuronal poate traduce activitatea creierului în propoziții

Pentru a comunica, persoanele care nu pot vorbi adesea se bazează pe mișcări mici ale ochilor pentru a scrie cuvintele, un proces extrem de lent. Acum, folosind semnale captate de un implant pe creier, oamenii de știință au extras propoziții întregi din creier.

Unele dintre aceste cuvinte reconstruite, rostite cu voce tare de o coardă vocală virtuală, sunt puțin confuze. Dar, în general, propozițiile sunt de înțeles, au raportat cercetătorii de la Universitatea din California, San Francisco, în 25 aprilie Natură.

Crearea propozițiilor sintetice audibile a necesitat ani de analiză după ce semnalele creierului au fost înregistrate, iar tehnica nu este pregătită pentru a fi utilizată în afara unui laborator. Totuși, lucrarea arată că „doar folosind creierul, este posibil să se decodifice vorbirea”, spune cercetătorul UCSF Gopala Anumanchipalli.

Tehnologia descrisă în noul studiu este promițătoare pentru restabilirea în cele din urmă a abilităților oamenilor de a vorbi fluent, spune Frank Guenther, specialist în neuroștiință a vorbirii la Universitatea din Boston. „Este greu să exagerezi importanța asta pentru acești oameni… Este incredibil de izolant și practic de coșmar să nu poți comunica nevoile sau să te conectezi social.”

Ajutoarele de vorbire existente care se bazează pe ortografie sunt plictisitoare, producând adesea aproximativ 10 cuvinte pe minut. Studiile anterioare au folosit semnale ale creierului pentru a decoda fragmente mai mici de vorbire, cum ar fi vocalele sau cuvintele, dar cu un vocabular mai limitat decât lucrarea actuală.

Împreună cu neurochirurgul Edward Chang și bioinginerul Josh Chartier, Anumanchipalli a studiat cinci persoane cărora li s-au implantat temporar grile de electrozi în creier ca parte a tratamentelor pentru epilepsie. Deoarece acești oameni puteau vorbi, cercetătorii ar putea înregistra activitatea creierului pe măsură ce participanții rosteau propoziții. Echipa a mapat apoi semnalele creierului care controlează buzele, limba, maxilarul și laringele la mișcările reale ale tractului vocal în timp ce acești oameni vorbeau. Acest lucru a permis oamenilor de știință să creeze un tract vocal virtual unic pentru fiecare persoană.

Apoi, cercetătorii au tradus mișcările virtuale ale tracturilor vocale artificiale ale participanților în sunete. Folosirea acestui instrument virtual „a îmbunătățit vorbirea și a făcut-o să sune mai natural”, spune Chartier. Aproximativ 70 la sută dintre aceste cuvinte reconstruite au fost de înțeles de către ascultători, cărora li s-a cerut să aleagă cuvintele pe care le-au auzit dintr-o listă de posibilități. De exemplu, când vocea sintetizată a spus: „Ia o pisică calico pentru a ține rozătoarele departe”, un ascultător a auzit: „Pisica calico pentru a ține iepurii departe”. În general, unele sunete au ieșit bine, cum ar fi „sh”. Alții, cum ar fi „buh” și „puh”, păreau mai moale.

Pentru a funcționa, tehnica depindea de cunoașterea modului în care o persoană mișcă tractul vocal. Dar aceste mișcări nu vor exista la mulți oameni care nu pot vorbi, cum ar fi cei cu un accident vascular cerebral de trunchi cerebral, leziuni ale tractului vocal sau boala Lou Gehrig.

„De departe, cel mai mare obstacol este cum vei construi un decodor, în primul rând, când nu ai niciun exemplu de vorbire pe care să-l construiești?” spune Marc Slutzky, neurolog și inginer neuronal la Școala de Medicină Feinberg de la Universitatea Northwestern din Chicago.

În unele teste, cercetătorii au descoperit că algoritmii utilizați în a doua etapă a procesului – care traduc mișcările virtuale ale tractului vocal în sunete – au fost suficient de asemănători de la o persoană la alta încât ar putea fi reutilizați de către diferiți oameni, eventual chiar și cei care pot. nu vorbesc.

Dar până acum, primul pas al procesului – maparea activității creierului la mișcările tractului vocal al unei persoane – pare a fi mai idiosincratic. Găsirea unei modalități de a lega acele semnale personalizate ale creierului cu mișcările dorite ale tractului vocal va fi o provocare pentru persoanele care nu se pot mișca, spun oamenii de știință.