‘Speech Neuroprosthesis’ Technologie Obnovuje Řeč U Pacienta S Těžkou Paralýzou

Ve další významné vývojové fázi v oblasti umělých inteligentních (AI) protéz vyvinuli výzkumníci na University of California San Francisco úspěšně „speech neuroprosthesis“, která částečně obnovila řeč u muže s těžkou paralýzou. Nová technologie mu umožnila mluvit ve větách, když přeložila signály z jeho mozku do hlasivek. Slova se pak objevila jako text na obrazovce. 

Práce zahrnovala prvního účastníka klinické studie a byla součástí většího celku, který probíhal již více než deset let pod vedením neurochirurga Edwarda Changa, MD, který se snažil vyvinout technologii, která by umožnila lidem s paralýzou komunikovat, i když nejsou schopni mluvit sami. 

Studie byla publikována 15. července v New England Journal of Medicine. 

První Systém Svého Druh

Chang je Joan a Sanford Weill Chair of Neurological Surgery na UCSF a Jeanne Robertson Distinguished Professor. Je také hlavním autorem studie. 

„Naší znalostí je to první úspěšné demonstrace přímého dekódování plných slov z mozkové aktivity někoho, kdo je paralyzován a nemůže mluvit,” řekl Chang. “To ukazuje silnou perspektivu obnovení komunikace tím, že využije přirozené speech machinery mozku.”

Práce v tomto oboru se tradičně soustředí na obnovení komunikace prostřednictvím založených na pravopisu přístupů k psaní písmen jedna po druhé v textu. Nicméně nová studie se zaměřuje na překlad signálů, které jsou skutečně určeny k ovládání svalů hlasového systému pro mluvení slov. To je odlišné od tradiční práce, která se zaměřuje na signály, které pohybují rukou nebo rukou. 

Podle Changa nová metoda využívá přirozené a tekuté aspekty řeči a mohla by vést k mnohem větším pokrokům v této oblasti. Rovněž uvedl, že založené na pravopisu přístupy, které spoléhají na psaní, přepis a ovládání kurzoru, jsou mnohem pomalejší.

“S řečí normálně komunikujeme informace na velmi vysoké rychlosti, až 150 nebo 200 slov za minutu,” řekl. “Přejít přímo k slovům, jako děláme zde, má velké výhody, protože je blíže k tomu, jak normálně mluvíme.”

Předchozí práce Changa spoléhala na pacienty v UCSF Epilepsy Center, kteří podstoupili neurochirurgii k detekci toho, co způsobovalo jejich záchvaty, a použila elektrodové pole, které byly umístěny na povrchu mozků pacientů. Pacienti měli normální řeč a výsledky vedly k současné studii pro osoby s paralýzou. 

Někteří z nových metod vyvinutých týmem zahrnovali způsob dekódování kortikálních aktivit a statistického jazyka ke zlepšení přesnosti. 

David Moses, PhD, je postdoktorální inženýr v Chang Lab a další z hlavních autorů.

 “Naše modely musely naučit mapování mezi složitými mozkovými aktivitami a zamýšlenou řečí,” řekl Moses. “To představuje velkou výzvu, když účastník nemůže mluvit.”

První Účastník

Prvním účastníkem studie byl muž ve svém pozdním 30. roce, který utrpěl mozkový infarkt před více než 15 lety, který ponechal spojení mezi jeho mozkem a hlasivkami a končetinami vážně poškozené. 

Vyvinutím 50-slovního slovníku, který Changův tým mohl použít pokročilé počítačové algoritmy k rozpoznání, účastník byl schopen vytvořit stovky vět vyjadřujících denní životní koncepty. 

Musel mít implantován vysokohustotní elektrodový array nad jeho speech motor cortex a po jeho zotavení bylo zaznamenáno více než 22 hodin mozkové aktivity v této mozkové oblasti během 48 sezení. 

Sean Metzger, MS a Jessie Liu, BS, jsou oba bioinženýrské doktorandy v Chang Lab a byli odpovědní za vývoj vlastních neuronových sítí, které mohly přeložit vzorce zaznamenané mozkové aktivity do konkrétních zamýšlených slov. 

Po testu tým zjistil, že systém mohl dekódovat slova z mozkové aktivity rychlostí až 18 slov za minutu a byl 93 procentně přesný. Tým aplikoval „auto-opravu“ funkci na jazykový model, která pomohla zlepšit přesnost.

 “Byli jsme nadšeni vidět přesné dekódování různých významných vět,” řekl Moses. “Prokázali jsme, že je skutečně možné usnadnit komunikaci tímto způsobem a že to má potenciál pro použití v konverzačních prostředích.”

Tým nyní rozšíří studii, aby zahrnovala více účastníků trpících těžkou paralýzou a komunikačními problémy. Pracují také na rozšíření počtu slov ve slovníku a zlepšení rychlosti řeči. 

“To je důležitý technologický milník pro osobu, která nemůže komunikovat přirozeně,” řekl Moses, “a ukazuje potenciál tohoto přístupu dát hlas lidem s těžkou paralýzou a ztrátou řeči.”