Puheterapia Teknologian “äänen palauttaminen” potilaalle, jolla on vakava halvaus

Tekoälyproteesiikkaan liittyvässä merkittävässä kehityksessä Kalifornian yliopiston San Franciscon tutkijat ovat onnistuneesti kehittäneet “puheterapiaa”, joka osittain palautti puhumisen kyvyn vakavasti halvaantuneelle potilaalle. Uusi teknologia auttoi häntä puhumaan lauseita, kun se käänsi aivojen signaaleja äänijohdolle. Sanoin ilmestyivät tekstiksi näytölle.

Tutkimus oli ensimmäinen osa laajempaa tutkimussarjaa, jota on tehty yli kymmenen vuoden ajan UCSF:n neurokirurgi Edward Changin johdolla. Chang on yrittänyt kehittää teknologiaa, joka mahdollistaa ihmisten viestinnän, vaikka he eivät pysty puhumaan itse.

Tutkimus julkaistiin 15. heinäkuuta New England Journal of Medicinessä.

Ensimmäinen omalaatunsa järjestelmä

Chang on Joan ja Sanford Weillin neurokirurgian tuoli UCSF:ssä ja Jeanne Robertsonin erityisprofessori. Hän on myös tutkimuksen seniorkirjoittaja.

“Tietääksemme tämä on ensimmäinen onnistunut esimerkki suorasta sanan dekoodauksesta aivojen toiminnasta, joka on halvaantunut ja ei pysty puhumaan”, sanoi Chang. “Se osoittaa vahvan lupauksen palauttaa viestintä käyttämällä aivojen luonnollista puhetoimintaa.”

Tutkimuksessa perinteisesti keskitytään viestinnän palauttamiseen kirjaimien kirjoittamisen kautta. Uudessa tutkimuksessa keskitytään kuitenkin signaaleihin, jotka ohjaavat äänijärjestelmän lihaksia puhumiseen. Tämä on erilainen lähestymistapa kuin perinteinen työ, joka keskittyy signaaleihin, jotka liikuttavat kättä tai käsivartta.

Changin mukaan uusi lähestymistapa hyödyntää puhumisen luonnollista ja sulavaa puolta, ja se voi johtaa merkittäviin edistysaskeliin tässä alalla. Hän myös sanoi, että kirjaimien kirjoittamiseen perustuvat lähestymistavat, jotka riippuvat kirjoittamisesta, kirjoittamisesta ja kohdistimen ohjaamisesta, ovat paljon hitaampia.

“Puhumme normaalisti tietoa hyvin nopeasti, jopa 150-200 sanaa minuutissa”, hän sanoi. “Menemällä suoraan sanoihin, kuten teemme tässä, on suuria etuja, koska se on lähempänä siitä, miten me normaalisti puhumme.”

Changin aiemmat tutkimukset perustuivat potilaisiin, jotka olivat UCSF:n epilepsian hoidossa ja jotka olivat menneet läpi aivokirurgiaa, jotta heidän kohtauksensa voitiin havaita. Potilailla oli normaali puhetoiminta, ja tulokset auttoivat johtamaan nykyiseen kokeeseen, joka kohdistui henkilöihin, joilla on halvaus.

Joukkue kehitti uusia menetelmiä, kuten tavan dekoodata aivokuoren toimintamallit ja tilastollinen kieli, jotta tarkkuutta voitiin parantaa.

David Moses, PhD, on postdoc-insinööri Changin laboratoriossa ja toinen johtavista kirjoittajista.

“Mallejamme piti oppia aivotoiminnan ja tarkoitetun puhetoiminnan välisen suhteen”, sanoi Moses. “Se on suuri haaste, kun osallistuja ei pysty puhumaan.”

Ensimmäinen osallistuja

Kokeen ensimmäinen osallistuja oli mies, joka oli 30-vuotias ja joka oli sairastunut aivoverenkiertohäiriöön yli 15 vuotta sitten, mikä oli vahingoittanut hänen aivonsa ja äänijärjestelmänsä lihasten välisen yhteyden.

Kehittämällä 50-sanaisen sanaston, jonka Changin tiimi pystyi tunnistamaan edistyneillä tietokonealgoritmeilla, osallistuja pystyi luomaan satoja lauseita, jotka ilmaisivat päivittäisiä elämänkäsitteitä.

Häneltä vaadittiin korkeatiheys-elektrodi-implantti, joka asennettiin hänen puhemotohimoonsa, ja hänen toipumisensa jälkeen yli 22 tuntia aivotoimintaa tallennettiin 48 istunnossa.

Sean Metzger, MS, ja Jessie Liu, BS, ovat molemmat bioinsinöörit Changin laboratoriossa ja kehittivät mukautettuja neuroverkko-malleja, jotka pystyivät kääntämään tallennetun aivotoiminnan malleja tiettyihin tarkoitetuksi sanoiksi.

Kokeen jälkeen tiimi totesi, että järjestelmä pystyi dekoodaamaan sanoja aivotoiminnasta jopa 18 sanan minuuttivauhtia ja oli 93-prosenttisesti tarkka. Tiimi sovelsi “autokorjaus”-funktiota kielimalliin, mikä paransi tarkkuutta.

“Olimme innoissamme nähdessämme tarkan dekoodauksen monista merkityksellisistä lauseista”, sanoi Moses. “Olemme osoittaneet, että on mahdollista helpottaa viestintää tällä tavoin ja että sillä on potentiaalia käytettäväksi keskustelutilanteissa.”

Tiimi laajentaa nyt kokeen mukaan lisää osallistujia, joilla on vakava halvaus ja viestintäongelmia. He työskentelevät myös sanastonsa laajentamiseksi ja puhumisnopeuden parantamiseksi.

“Tämä on tärkeä tekninen merkkipaalu henkilölle, joka ei pysty viestimään luonnollisesti”, sanoi Moses, “ja se osoittaa tämän lähestymistavan potentiaalin antaa ääni ihmisille, joilla on vakava halvaus ja puhehäiriö.”