Konuşma Nöroprotezi Teknolojisi Ağır Felçli Hastaya Konuşma Yeteneği Kazandırdı

Yapay zeka (AI) protezlerinde başka bir önemli gelişmede, California Üniversitesi San Francisco araştırmacıları, kısmen konuşma yeteneğini bir felçli erkeğe kazandıran bir “konuşma nöroprotezi” geliştirdiler. Yeni teknoloji, beyninden ses yoluna sinyalleri çevirerek cümleler halinde konuşmasını sağladı. Kelimeler daha sonra bir ekran üzerinde metin olarak göründü.

Çalışma, klinik araştırma denemesinin ilk katılımcısını içeriyordu ve bu, UCSF nörocerrahı Edward Chang, MD tarafından on yıldan fazla bir süredir yürütülen daha büyük bir çalışmanın parçasıydı. Chang, felçli insanların iletişim kurmasını sağlayan bir teknoloji geliştirmeye çalışıyordu, ancak kendi başlarına konuşamıyorlardı.

Çalışma 15 Temmuz’da New England Journal of Medicine’de yayımlandı.

İlk Türden Sistem

Chang, UCSF’de Nörolojik Cerrahi Joan ve Sanford Weill Kürsüsü ve Jeanne Robertson Seçkin Profesörüdür. Ayrıca çalışmanın kıdemli yazarıdır.

“Bilgimiz dahilinde, bu, bir felçli ve konuşamayan kişinin beyin aktivitesinden tam kelimelerin doğrudan çözülmesinin ilk başarılı gösterimidir” dedi Chang. “İletişim kurmayı beyinlerin doğal konuşma makinelerine dokunan bir şekilde restore etme vaadini gösteriyor.”

Bu alanda geleneksel çalışmalar, genellikle harf harf yazma yoluyla iletişim kurmaya odaklanıyor. Ancak yeni çalışma, konuşma için ses sisteminin kaslarını kontrol etmek amacıyla beyinden sinyalleri çeviriyor. Bu, geleneksel çalışmalardan farklıdır, çünkü geleneksel çalışmalar, kolu veya eli hareket ettirmek için sinyallere odaklanır.

Chang’a göre, yeni yaklaşım konuşmanın doğal ve akıcı yönlerini kullanıyor ve bu alanda daha büyük ilerlemelere yol açabilir. Ayrıca, yazma, yazma ve imleci kontrol etmeye dayanan harf temelli yaklaşımların çok daha yavaş olduğunu söyledi.

“Konuşma ile genellikle çok yüksek bir hızda, dakika başına 150 veya 200 kelime ile bilgi iletiyoruz” dedi. “Burada yaptığımız gibi doğrudan kelimelere gitmek, normal konuşma şeklimize çok yakın olduğu için büyük avantajlar sunuyor.”

Chang’ın önceki çalışması, UCSF Epilepsi Merkezi’ndeki hastaları içeriyordu ve bunlar nöroşirürji geçiren hastalardı. Beyinlerinin yüzeyine elektrot dizileri yerleştirildi ve normal konuşmaları vardı. Sonuçlar, felçli bireyler için güncel denemeye yol açtı.

Ekibin geliştirdiği yeni yöntemler arasında, beyin aktivitesi kalıplarını çözme ve dilbilimsel istatistiği iyileştirme yöntemleri yer aldı.

David Moses, PhD, Chang Laboratuvarı’ndaki bir postdoc mühendis ve başka bir lead yazar.

“Modellerimizin, karmaşık beyin aktivitesi kalıpları ile amaçlanan konuşma arasındaki eşlemeyi öğrenmesi gerekiyordu” dedi Moses. “Bu, katılımcı konuşamadığında büyük bir zorluk oluşturuyor.”

İlk Katılımcı

Denemenin ilk katılımcısı, 15 yıl önce beyin sapına inen bir inme sonucu beyni ve ses yolu ile uzuvları arasında ciddi hasar oluşan 30’lu yaşlarının sonundaki bir erkekti.

Chang’ın ekibinin geliştirdiği 50 kelimelik bir sözcüğü kullanarak, gelişmiş bilgisayar algoritmaları ile tanıyabiliyorlardı ve katılımcı, günlük yaşam kavramlarını ifade eden yüzlerce cümle oluşturabiliyordu.

Konuşma motor korteksine yüksek yoğunluklu bir elektrot dizisi implante etmesi gerekiyordu ve iyileşmesinden sonra, bu beyin bölgesinde 48 seans boyunca 22 saatlik nöral aktivite kaydedildi.

Sean Metzger, MS ve Jessie Liu, BS, Chang Laboratuvarı’ndaki biyomühendislik doktora öğrencileriydiler ve kaydedilen nöral aktivite kalıplarını özel nöral ağ modelleri ile belirli amaçlanan kelimelere çevirebiliyorlardı.

Testin ardından, ekip, sistemin beyin aktivitesinden kelimeleri dakika başına 18 kelime hızında ve %93 doğrulukla çözebileceğini buldu. Ekibe ayrıca dil modeline bir “oto-düzeltme” işlevi uygulandı ve bu, doğruluğu iyileştirdi.

“Anlamlı cümlelerin doğru çözülmesini görmek bizi çok mutlu etti” dedi Moses. “Bu şekilde iletişim kurmanın mümkün olduğunu ve sohbet ortamlarında kullanılma potansiyeline sahip olduğunu gösterdik.”

Ekibin şimdi denemeyi, ağır felç ve iletişim sorunları yaşayan daha fazla katılımcıya genişletmesi planlanıyor. Ayrıca, sözcük sayısını artırma ve konuşma hızını iyileştirme üzerinde çalışıyorlar.

“Bu, doğal olarak iletişim kuramayan bir kişi için önemli bir teknolojik kilometre taşı” dedi Moses, “ve bu yaklaşımın, ağır felç ve konuşma kaybı yaşayan insanlara ses verme potansiyelini gösteriyor.”