Tehnologia ‘Neuroprotetică a Vorbirii’ Restabilește Vorbirea La Un Pacient Cu Paralizie Severă

Într-o altă evoluție majoră în domeniul inteligenței artificiale (AI) și al protezelor, cercetătorii de la Universitatea din California, San Francisco, au dezvoltat cu succes o “neuroprotetică a vorbirii” care a restabilit parțial vorbirea la un bărbat cu paralizie severă. Noua tehnologie i-a permis să vorbească în propoziții atunci când a translat semnalele din creierul său către tractul vocal. Cuvintele au apărut apoi sub formă de text pe un ecran.

Lucrarea a implicat primul participant al unui studiu clinic și a făcut parte dintr-un corp mai larg de lucrări care au avut loc timp de peste zece ani de către neurochirurgul de la UCSF, Edward Chang, MD, care a încercat să dezvolte o tehnologie care să permită oamenilor cu paralizie să comunice chiar și atunci când nu pot vorbi singuri.

Studiul a fost publicat pe 15 iulie în New England Journal of Medicine.

Primul Sistem De Acest Fel

Chang este șeful catedrei de neurochirurgie Joan și Sanford Weill de la UCSF și profesor distins Jeanne Robertson. El este, de asemenea, autorul principal al studiului.

“După cunoștințele noastre, aceasta este prima demonstrație de succes a decodificării directe a cuvintelor complete din activitatea cerebrală a cuiva care este paralizat și nu poate vorbi”, a spus Chang. “Acesta arată o promisiune puternică de a restabili comunicarea prin conectarea la mecanismul natural de vorbire al creierului.”

Lucrările în acest domeniu se axează în mod tradițional pe restabilirea comunicării prin abordări bazate pe scriere pentru a scrie litere una câte una în text. Cu toate acestea, noul studiu se concentrează pe traducerea semnalelor care sunt de fapt destinate să controleze mușchii sistemului vocal pentru a vorbi cuvinte. Acest lucru este diferit de lucrările tradiționale, care se concentrează pe semnalele care mișcă brațul sau mâna.

Conform lui Chang, noua abordare valorifică aspectele naturale și fluide ale vorbirii și ar putea duce la multe avansări în acest domeniu. El a spus, de asemenea, că abordările bazate pe scriere care se bazează pe tastare, scriere și controlul unui cursor sunt mult mai lente.

“Cu vorbirea, de obicei, comunicăm informații la o rată foarte ridicată, până la 150 sau 200 de cuvinte pe minut”, a spus el. “Ducerea directă la cuvinte, așa cum o facem aici, are avantaje mari pentru că este mai aproape de modul în care vorbim de obicei.”

Lucrările anterioare ale lui Chang s-au bazat pe pacienți de la Centrul de Epilepsie UCSF care au suferit intervenții neurochirurgicale pentru a detecta cauza crizelor lor, și a folosit matrice de electrozi care au fost plasate pe suprafața creierului pacienților. Pacienții aveau o vorbire normală, iar rezultatele au condus la trialul actual pentru persoanele cu paralizie.

Unele dintre noile metode dezvoltate de echipă au inclus o modalitate de a decoda modelele de activitate corticală și limbajul statistic pentru a îmbunătăți acuratețea.

David Moses, PhD, este inginer postdoctoral în Laboratorul Chang și unul dintre autorii principali.

“Modelele noastre trebuiau să învețe cartarea dintre modelele complexe de activitate cerebrală și vorbirea intenționată”, a spus Moses. “Acest lucru reprezintă o provocare majoră atunci când participantul nu poate vorbi.”

Primul Participant

Primul participant al trialului a fost un bărbat de la sfârșitul anilor 30, care a suferit un accident vascular cerebral în trunchiul cerebral cu peste 15 ani în urmă, care a lăsat conexiunea dintre creierul și tractul vocal și membrele sale grav afectată.

Prin dezvoltarea unui vocabular de 50 de cuvinte pe care echipa lui Chang a putut să-l recunoască folosind algoritmi avansați de calculator, participantul a putut crea sute de propoziții care exprimă concepte din viața de zi cu zi.

El a trebuit să aibă implantat un electrod de înaltă densitate peste cortexul său motor de vorbire și, după recuperare, s-a înregistrat activitatea neurală din această regiune a creierului timp de peste 22 de ore în 48 de sesiuni.

Sean Metzger, MS și Jessie Liu, BS, sunt ambii studenți doctoranzi în bioinginerie în Laboratorul Chang și au fost responsabili pentru dezvoltarea unor modele de rețele neurale personalizate care au putut traduce modelele de activitate neurală înregistrate în cuvinte specifice intenționate.

După test, echipa a constatat că sistemul a putut decoda cuvinte din activitatea cerebrală la o rată de până la 18 cuvinte pe minut și a fost de 93% precis. Echipa a aplicat o funcție “corectură automată” la modelul de limbaj, ceea ce a ajutat la îmbunătățirea acurateței.

“Am fost încântați să vedem decodificarea precisă a unei varietăți de propoziții semnificative”, a spus Moses. “Am demonstrat că, într-adevăr, este posibil să facilităm comunicarea în acest mod și că are potențial pentru utilizare în setări conversaționale.”

Echipa va extinde acum trialul pentru a include mai mulți participanți care suferă de paralizie severă și probleme de comunicare. Ei sunt, de asemenea, în curs de extindere a numărului de cuvinte din vocabular și de îmbunătățire a ratei de vorbire.

“Acesta este un punct de referință tehnologic important pentru o persoană care nu poate comunica în mod natural”, a spus Moses, “și demonstrează potențialul acestei abordări de a oferi o voce oamenilor cu paralizie severă și pierdere a vorbirii.”