'Speech Neuroprosthesis' tækni endurheimtir tal til sjúklings með alvarlega lömun

Í annarri stórri þróun í gervigreind (AI) stoðtækjum, hafa vísindamenn við háskólann í Kaliforníu í San Francisco þróað „taltaugagervilið“ sem endurheimti að hluta tal manns með alvarlega lömun. Nýja tæknin hjálpaði honum að tala í setningum þegar hún þýddi merki frá heila hans yfir í raddkerfið. Orðin birtust síðan sem texti á skjá. 

Starfið fól í sér fyrsta þátttakandann í klínískri rannsóknarrannsókn og það var hluti af stærri vinnu sem hefur átt sér stað í yfir tíu ár af UCSF taugaskurðlækninum Edward Chang, lækni, sem hefur verið að reyna að þróa tækni sem gerir fólki kleift að með lömun til að hafa samskipti jafnvel þegar þeir geta ekki talað sjálfir. 

The Nám var birt 15. júlí í New England Journal of Medicine. 

Fyrsta kerfi sinnar tegundar

Chang er Joan og Sanford Weill formaður taugaskurðlækninga við UCSF og Jeanne Robertson virtur prófessor. Hann er einnig eldri höfundur rannsóknarinnar. 

„Eftir því að við vitum er þetta fyrsta árangursríka sýningin á beinni afkóðun fullra orða úr heilavirkni einhvers sem er lamaður og getur ekki talað,“ sagði Chang. „Það sýnir sterk fyrirheit um að endurheimta samskipti með því að nota náttúrulega talvél heilans.

Vinna á þessu sviði snýst jafnan um að endurheimta samskipti með stafsetningartengdum aðferðum til að skrifa út stafi einn í einu í texta. Hins vegar beinist nýja rannsóknin að því að þýða merki sem í raun eru ætluð til að stjórna vöðvum raddkerfisins til að tala orð. Þetta er ólíkt hefðbundnu verki, sem einblínir á merki sem hreyfa handlegg eða hönd. 

Samkvæmt Chang nýtir nýja nálgunin náttúrulega og fljótandi þætti talmálsins og það gæti leitt til mun meiri framfara á þessu sviði. Hann sagði einnig að stafsetningarmiðaðar aðferðir sem byggja á innslátt, ritun og stjórn á bendili séu mun hægari.

„Með tali sendum við venjulega upplýsingar á mjög háum hraða, allt að 150 eða 200 orðum á mínútu,“ sagði hann. „Að fara beint í orð, eins og við erum að gera hér, hefur mikla kosti vegna þess að það er nær því hvernig við tölum venjulega.

Fyrri vinnu Changs var stuðst við sjúklinga á UCSF flogaveikistöðinni sem gengust undir taugaskurðaðgerð til að greina hvað olli flogum þeirra og það notaði rafskautafylki sem var komið fyrir á yfirborði heila sjúklinganna. Sjúklingarnir höfðu eðlilegt tal og niðurstöðurnar hjálpuðu til við að leiða til yfirstandandi prófunar fyrir einstaklinga með lömun. 

Sumar af nýju aðferðunum sem teymið þróaði innihéldu leið til að afkóða virknimynstur í heilaberki og tölfræðilegt tungumál til að bæta nákvæmni. 

David Moses, PhD, er nýdoktor í Chang Lab og annar af aðalhöfundunum.

 „Módelin okkar þurftu að læra kortlagningu á milli flókinna heilavirknimynstra og fyrirhugaðs tals,“ sagði Moses. „Það er mikil áskorun þegar þátttakandinn getur ekki talað.

Fyrsti þátttakandinn

Fyrsti þátttakandi í réttarhöldunum var karlmaður á þrítugsaldri sem fékk heilastofn heilablóðfall fyrir meira en 30 árum síðan sem varð til þess að tengingin milli heila hans og raddkerfis og útlima skemmdist alvarlega. 

Með því að þróa 50 orða orðaforða sem teymi Chang gæti notað háþróaða tölvualgrím til að þekkja, gat þátttakandinn búið til hundruð setninga sem tjá hugtök daglegs lífs. 

Hann þurfti að láta græða rafskautafylki með mikilli þéttleika yfir talhreyfla heilaberki hans og í kjölfar bata hans voru yfir 22 klukkustundir af taugavirkni á þessu heilasvæði skráð yfir 48 lotur. 

Sean Metzger, MS og Jessie Liu, BS, eru báðir doktorsnemar í lífverkfræði í Chang Lab og báru ábyrgð á að þróa sérsniðin taugakerfislíkön sem gætu þýtt mynstur skráðrar taugavirkni yfir í ákveðin fyrirhuguð orð. 

Í kjölfar prófsins komst teymið að því að kerfið gæti afkóða orð úr heilavirkni með allt að 18 orðum á mínútu og það var 93 prósent nákvæmt. Teymið beitti „sjálfvirkri leiðréttingu“ aðgerð á tungumálalíkanið, sem hjálpaði til við að bæta nákvæmni.

 „Við vorum spennt að sjá nákvæma afkóðun margvíslegra þýðingarmikilla setninga,“ sagði Moses. „Við höfum sýnt að það er í raun hægt að auðvelda samskipti á þennan hátt og að það hefur möguleika til notkunar í samræðum.

Teymið mun nú stækka tilraunina til að taka til fleiri þátttakenda sem þjást af alvarlegri lömun og samskiptavandamálum. Þeir eru líka að auka fjölda orða í orðaforðanum og vinna að því að bæta talhraða. 

„Þetta er mikilvægur tæknilegur áfangi fyrir manneskju sem getur ekki átt samskipti á náttúrulegan hátt,“ sagði Moses, „og það sýnir möguleika þessarar nálgunar til að gefa fólki með alvarlega lömun og talmissi rödd.