Технология “Speech Neuroprosthesis” Восстанавливает Способность Говорить у Пациента с Тяжелой Параличом

В рамках еще одного значительного достижения в области искусственного интеллекта (ИИ) протезов, исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско успешно разработали “speech neuroprosthesis”, который частично восстановил способность говорить у мужчины с тяжелой параличом. Новая технология помогла ему говорить предложениями, когда она переводила сигналы из его мозга в голосовой тракт. Слова затем появлялись в виде текста на экране.

Эта работа включала первого участника клинического исследования, и она была частью более крупной работы, которая проводилась в течение более десяти лет нейрохирургом Эдвардом Чангом, который пытался разработать технологию, позволяющую людям с параличом общаться, даже когда они не могут говорить самостоятельно.

Исследование было опубликовано 15 июля в журнале New England Journal of Medicine.

Первая Система Такого Рода

Чанг является профессором нейрохирургии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско и старшим автором исследования.

“На наш взгляд, это первая успешная демонстрация прямого декодирования полных слов из мозговой активности человека, который парализован и не может говорить”, – сказал Чанг. “Это показывает сильную перспективу восстановления общения, используя естественную речевую машину мозга”.

Работа в этой области традиционно заключается в восстановлении общения через подходы, основанные на написании букв по одной в текст. Однако новое исследование фокусируется на переводе сигналов, которые фактически предназначены для управления мышцами голосового тракта для произношения слов. Это отличается от традиционной работы, которая фокусируется на сигналах, которые движут рукой или рукой.

По словам Чанга, новый подход использует естественные и плавные аспекты речи, и он может привести к значительным достижениям в этой области. Он также сказал, что подходы, основанные на написании, которые полагаются на набор текста, письмо и контроль курсора, намного медленнее.

“С речью мы обычно общаемся информацией с очень высокой скоростью, до 150 или 200 слов в минуту”, – сказал он. “Переходя прямо к словам, как мы делаем здесь, имеет большие преимущества, потому что это ближе к тому, как мы обычно говорим”.

Предыдущая работа Чанга основывалась на пациентах в Центре эпилепсии Калифорнийского университета в Сан-Франциско, которые проходили нейрохирургию для обнаружения причин их приступов, и она использовала электродные массивы, которые были размещены на поверхности мозга пациентов. Пациенты имели нормальную речь, и результаты помогли привести к текущему испытанию для людей с параличом.

Некоторые из новых методов, разработанных командой, включали способ декодирования кортикальных активных моделей и статистического языка для улучшения точности.

Дэвид Моисей, PhD, является постдокторальным инженером в лаборатории Чанга и еще одним из ведущих авторов.

“Наши модели должны были научиться отображению между сложными моделями мозговой активности и предназначенной речью”, – сказал Моисей. “Это представляет собой значительную задачу, когда участник не может говорить”.

Первый Участник

Первым участником испытания был мужчина в возрасте около 30 лет, который перенес инсульт мозга более 15 лет назад, в результате чего была серьезно повреждена связь между его мозгом и голосовым трактом и конечностями.

Разработав словарь из 50 слов, который команда Чанга могла использовать для распознавания с помощью продвинутых компьютерных алгоритмов, участник смог создать сотни предложений, выражающих понятия повседневной жизни.

Ему пришлось иметь высокоплотный электродный массив, имплантированный над его речевым моторным кортексом, и после его выздоровления было записано более 22 часов нейронной активности в этом участке мозга за 48 сессий.

Шон Метцгер, MS и Джесси Лю, BS, являются биоинженерными докторантами в лаборатории Чанга и были ответственны за разработку индивидуальных моделей нейронных сетей, которые могли переводить модели записанной нейронной активности в конкретные предназначенные слова.

После испытания команда обнаружила, что система могла декодировать слова из мозговой активности со скоростью до 18 слов в минуту и была точной на 93%. Команда применила функцию “автоисправления” к языковой модели, что помогло улучшить точность.

“Мы были рады увидеть точное декодирование различных осмысленных предложений”, – сказал Моисей. “Мы показали, что на самом деле возможно облегчить общение таким образом и что это имеет потенциал для использования в разговорных ситуациях”.

Команда теперь расширит испытание, чтобы включить больше участников, страдающих тяжелой параличом и проблемами с общением. Они также расширяют словарь и работают над улучшением скорости речи.

“Это важный технологический рубеж для человека, который не может общаться естественным образом”, – сказал Моисей, “и это демонстрирует потенциал этого подхода дать голос людям с тяжелой параличом и потерей речи”.