تقنية النص النصي العصبي تعيد الكلام إلى مريض مصاب بالشلل الشديد

في تطور جديد في مجال الذكاء الاصطناعي ، نجح الباحثون في جامعة كاليفورنيا سان فرانسيسكو في تطوير “نص عصبي” يمكنه استعادة الكلام إلى رجل مصاب بالشلل الشديد. ساعدت التقنية الجديدة الرجل على التحدث في الجمل عندما قامت بترجمة الإشارات من دماغه إلى الحنجرة. ثم ظهرت الكلمات على الشاشة.

شمل العمل المشارك الأول في تجربة بحثية سريرية ، وكان جزءًا من عمل أكبر تم إجراؤه لمدة أكثر من عشر سنوات بواسطة جراح الأعصام في جامعة كاليفورنيا سان فرانسيسكو إدوارد تشانغ ، الذي حاول تطوير تقنية تمكن الأشخاص المصابين بالشلل من التواصل حتى عندما لا يتمكنون من التحدث بأنفسهم.

تم نشر الدراسة في 15 يوليو في مجلة نيو إنجلاند للطب.

أول نظام من نوعه

تشانغ هو أستاذ جراحة الأعصام في جامعة كاليفورنيا سان فرانسيسكو وجين روبرتسون أستاذ متميز. وهو أيضًا المؤلف الرئيسي للدراسة.

“إلى حد ما ، هذا هو أول تطبيق ناجح لترجمة الكلمات الكاملة مباشرة من نشاط الدماغ لشخص مصاب بالشلل ولا يستطيع التحدث” ، قال تشانغ. “يظهر وعدًا قويًا لاستعادة التواصل عن طريق الاستفادة من الآلة الطبيعية للكلام في الدماغ”.

تركز العمل في هذا المجال تقليديًا على استعادة التواصل من خلال نهج الكتابة القائمة على الحروف لكتابة الحروف واحدة تلو الأخرى في النص. ومع ذلك ، تركز الدراسة الجديدة على ترجمة الإشارات التي تهدف إلى التحكم في عضلات الجهاز الصوتي للتحدث بالكلمات. هذا يختلف عن العمل التقليدي ، الذي يركز على الإشارات التي تنتقل إلى الذراع أو اليد.

وفقًا لتشانغ ، تستفيد المناهج الجديدة من الجوانب الطبيعية والسلسة للكلام ، ويمكن أن تؤدي إلى تقدم أكبر في هذا المجال. وقال أيضًا إن النهج القائم على الكتابة التي تعتمد على الكتابة والتحكم في مؤشر أو سهم أبطأ.

“مع الكلام ، نتواصل عادةً بمعلومات بسرعة عالية ، تصل إلى 150 أو 200 كلمة في الدقيقة” ، قال. “الذهاب مباشرة إلى الكلمات ، كما نفعل هنا ، له مزايا كبيرة لأنه أقرب إلى كيفية التحدث الطبيعية”.

اعتمادًا على عمل تشانغ السابق على المرضى في مركز الصرع بجامعة كاليفورنيا سان فرانسيسكو الذين خضعوا لجراحة الأعصام لاكتشاف سبب نوبات الصرع ، واستخدمت مصفوفات كهربائية وضعت على سطح أدمغتهم. كان المرضى يمتلكون كلامًا طبيعيًا ، وساهمت النتائج في قيادة التجربة الحالية للأفراد المصابين بالشلل.

من بين الأساليب الجديدة التي طورها الفريق طريقة لترجمة أنماط النشاط القشري واللغة الإحصائية لتحسين الدقة.

ديفيد موسيس ، دكتوراه ، هو مهندس باحث في مختبر تشانغ وواحد من المؤلفين الرئيسيين.

“كانت نماذجنا تحتاج إلى تعلم الخريطة بين أنماط النشاط الدماغي المعقدة والكلام المقصود” ، قال موسيس. “هذا يشكل تحديًا كبيرًا عندما لا يستطيع المشارك التحدث”.

المشارك الأول

كان المشارك الأول في التجربة رجلًا في الثلاثينيات من عمره الذي أصيب بسكتة دماغية في جذع الدماغ قبل أكثر من 15 عامًا تسبب في تلف خطير في الاتصال بين دماغه والحنجرة والأطراف.

من خلال تطوير قاموس يحتوي على 50 كلمة يمكن لفريق تشانغ استخدام خوارزميات حاسوبية متقدمة للاعتراف بها ، تمكن المشارك من إنشاء مئات الجمل التي تعبر عن مفاهيم الحياة اليومية.

كان مطلوبًا منه أن يخضع لتركيب مصفوفة كهربائية عالية الكثافة فوق قشرة الكلام الحركي ، وبعد تعافيه ، تم تسجيل أكثر من 22 ساعة من النشاط العصبي في هذه المنطقة من الدماغ على مدار 48 جلسة.

شون ميتزجر ، ماجستير ، وجيسي ليو ، بكالوريوس ، هما طلاب دكتوراه في الهندسة الحيوية في مختبر تشانغ و كانا مسؤولين عن تطوير نماذج شبكات عصبونية مخصصة يمكنها ترجمة أنماط النشاط العصبي المسجلة إلى كلمات محددة مقصودة.

بعد الاختبار ، وجد الفريق أن النظام يمكنه فك تشفير الكلمات من النشاط الدماغي بسرعة تصل إلى 18 كلمة في الدقيقة ، وكان دقيقًا بنسبة 93٪. طبق الفريق وظيفة “تصحيح تلقائي” على نموذج اللغة ، مما ساعد على تحسين الدقة.

“كنا مسرورين لرؤية فك التشفير الدقيق لجمل مختلفة ومهمة” ، قال موسيس. “لقد أظهرنا أنه من الممكن تسهيل التواصل بهذه الطريقة وأنه له إمكانية للاستخدام في إعدادات محادثاتية”.

سيوسع الفريق الآن التجربة لتشمل المزيد من المشاركين الذين يعانون من شلل شديد ومشاكل في التواصل. كما يعملون على توسيع عدد الكلمات في القاموس و تحسين معدل الكلام.

“هذه هي علامة تقنية مهمة لشخص لا يستطيع التواصل بشكل طبيعي” ، قال موسيس ، “وهي تظهر الإمكانية لهذا النهج لإعطاء صوت للأشخاص الذين يعانون من شلل شديد وفقدان الكلام”.