การดูแลสุขภาพ
เทคโนโลยี 'Speech Neuroprosthesis' ช่วยฟื้นฟูคำพูดของผู้ป่วยที่เป็นอัมพาตอย่างรุนแรง
ในการพัฒนาขาเทียมปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่สำคัญอีกประการหนึ่ง นักวิจัยจาก University of California San Francisco ประสบความสำเร็จในการพัฒนา "อวัยวะเทียมในการพูด" ซึ่งช่วยฟื้นฟูการพูดให้กับชายที่เป็นอัมพาตขั้นรุนแรงได้บางส่วน เทคโนโลยีใหม่ช่วยให้เขาพูดเป็นประโยคเมื่อแปลสัญญาณจากสมองของเขาไปยังทางเดินเสียง คำนั้นปรากฏเป็นข้อความบนหน้าจอ
งานนี้เกี่ยวข้องกับผู้เข้าร่วมรายแรกของการทดลองวิจัยทางคลินิกและเป็นส่วนหนึ่งของงานขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นมานานกว่าสิบปีโดยศัลยแพทย์ระบบประสาทของ UCSF Edward Chang, MD ซึ่งพยายามพัฒนาเทคโนโลยีที่ช่วยให้ผู้คน เป็นอัมพาตสื่อสารได้แม้พูดเองไม่ได้
พื้นที่ ศึกษา เผยแพร่เมื่อวันที่ 15 กรกฎาคมใน นิวอิงแลนด์วารสารการแพทย์.
ระบบแรกในประเภทนี้
Chang เป็นประธาน Joan และ Sanford Weill ของศัลยกรรมระบบประสาทที่ UCSF และ Jeanne Robertson ศาสตราจารย์พิเศษ เขายังเป็นผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาอีกด้วย
“ตามที่เราทราบ นี่เป็นการสาธิตที่ประสบความสำเร็จครั้งแรกในการถอดรหัสคำเต็มโดยตรงจากการทำงานของสมองของคนที่เป็นอัมพาตและพูดไม่ได้” Chang กล่าว "มันแสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาที่แข็งแกร่งในการฟื้นฟูการสื่อสารโดยการใช้ประโยชน์จากกลไกการพูดตามธรรมชาติของสมอง"
การทำงานในสาขานี้มักเกี่ยวข้องกับการฟื้นฟูการสื่อสารด้วยวิธีสะกดคำเพื่อเขียนตัวอักษรทีละตัวในข้อความ อย่างไรก็ตาม การศึกษาใหม่มุ่งเน้นไปที่การแปลสัญญาณที่มีจุดประสงค์เพื่อควบคุมกล้ามเนื้อของระบบเสียงในการพูด ซึ่งแตกต่างจากงานแบบดั้งเดิมซึ่งเน้นสัญญาณที่เคลื่อนไหวแขนหรือมือ
Chang กล่าวว่าวิธีการใหม่ใช้ประโยชน์จากลักษณะการพูดที่เป็นธรรมชาติและลื่นไหล และอาจนำไปสู่ความก้าวหน้าในด้านนี้มากขึ้น เขายังกล่าวด้วยว่าวิธีการสะกดคำที่ใช้การพิมพ์ การเขียน และการควบคุมเคอร์เซอร์นั้นช้ากว่ามาก
“โดยปกติแล้ว เราสื่อสารข้อมูลด้วยคำพูดในอัตราที่สูงมาก ถึง 150 หรือ 200 คำต่อนาที” เขากล่าว “การพูดตรงๆ อย่างที่เรากำลังทำอยู่นี้ มีข้อได้เปรียบอย่างมาก เพราะมันใกล้เคียงกับที่เราพูดตามปกติ”
งานก่อนหน้านี้ของ Chang อาศัยผู้ป่วยที่ UCSF Epilepsy Center ซึ่งอยู่ระหว่างการผ่าตัดประสาทเพื่อตรวจหาสาเหตุที่ทำให้เกิดอาการชัก และใช้อิเล็กโทรดอาร์เรย์ที่วางบนพื้นผิวของสมองของผู้ป่วย ผู้ป่วยมีการพูดปกติ และผลลัพธ์ที่ได้ช่วยนำไปสู่การทดลองในปัจจุบันสำหรับผู้ป่วยอัมพาต
วิธีการใหม่บางอย่างที่ทีมพัฒนาขึ้นรวมถึงวิธีการถอดรหัสรูปแบบกิจกรรมของเปลือกนอกและภาษาทางสถิติเพื่อปรับปรุงความแม่นยำ
David Moses, PhD, เป็นวิศวกรหลังปริญญาเอกใน Chang Lab และเป็นหนึ่งในผู้เขียนหลัก
“แบบจำลองของเราจำเป็นต้องเรียนรู้การจับคู่ระหว่างรูปแบบการทำงานของสมองที่ซับซ้อนและคำพูดที่ตั้งใจไว้” โมเสสกล่าว “นั่นเป็นความท้าทายที่สำคัญเมื่อผู้เข้าร่วมไม่สามารถพูดได้”
ผู้เข้าร่วมคนแรก
ผู้เข้าร่วมการทดลองคนแรกเป็นชายอายุ 30 ปลายๆ ซึ่งเป็นโรคหลอดเลือดสมองแตกเมื่อ 15 ปีที่แล้ว ซึ่งทำให้การเชื่อมต่อระหว่างสมองกับหลอดเสียงและแขนขาได้รับความเสียหายอย่างหนัก
ด้วยการพัฒนาคำศัพท์ 50 คำที่ทีมของ Chang สามารถใช้อัลกอริทึมคอมพิวเตอร์ขั้นสูงเพื่อจดจำ ผู้เข้าร่วมสามารถสร้างประโยคหลายร้อยประโยคที่แสดงแนวคิดในชีวิตประจำวัน
เขาจำเป็นต้องฝังอาร์เรย์อิเล็กโทรดที่มีความหนาแน่นสูงไว้เหนือคอร์เท็กซ์สั่งการคำพูดของเขา และหลังจากเขาฟื้นตัว กิจกรรมของระบบประสาทกว่า 22 ชั่วโมงในบริเวณสมองส่วนนี้จะถูกบันทึกมากกว่า 48 ครั้ง
Sean Metzger, MS และ Jessie Liu, BS เป็นนักศึกษาปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมชีวภาพใน Chang Lab และมีหน้าที่รับผิดชอบในการพัฒนาแบบจำลองโครงข่ายประสาทเทียมที่สามารถแปลรูปแบบของการทำงานของระบบประสาทที่บันทึกไว้เป็นคำเฉพาะที่ต้องการได้
หลังจากการทดสอบ ทีมงานพบว่าระบบสามารถถอดรหัสคำจากการทำงานของสมองได้ในอัตราสูงถึง 18 คำต่อนาที และมีความแม่นยำถึง 93 เปอร์เซ็นต์ ทีมใช้ฟังก์ชัน "แก้ไขอัตโนมัติ" กับโมเดลภาษา ซึ่งช่วยปรับปรุงความแม่นยำ
“เราตื่นเต้นที่ได้เห็นการถอดรหัสประโยคที่มีความหมายต่างๆ ได้อย่างแม่นยำ” โมเสสกล่าว “เราได้แสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้จริงที่จะอำนวยความสะดวกในการสื่อสารด้วยวิธีนี้ และมีความเป็นไปได้ที่จะใช้ในการตั้งค่าการสนทนา”
ตอนนี้ทีมจะขยายการทดลองเพื่อรวมผู้เข้าร่วมที่ทุกข์ทรมานจากอัมพาตขั้นรุนแรงและปัญหาด้านการสื่อสาร พวกเขายังเพิ่มจำนวนคำในคำศัพท์และทำงานเพื่อปรับปรุงอัตราการพูด
“นี่เป็นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับผู้ที่ไม่สามารถสื่อสารได้อย่างเป็นธรรมชาติ” โมเสสกล่าว “และแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของแนวทางนี้ในการให้เสียงแก่ผู้ที่เป็นอัมพาตขั้นรุนแรงและสูญเสียการพูด”
