Τα σήματα του εγκεφάλου μετατρέπονται σε λέξεις για άτομα με παράλυση

13:36 16/7/2021 - Πηγή: Sigma Live

Ένας άντρας που δεν μπορεί να μιλήσει μετά από εγκεφαλικό επεισόδιο, παρήγαγε μέσω ενός συστήματος που διαβάζει ηλεκτρικά σήματα σε περιοχές παραγωγής ομιλίας του εγκεφάλου του, αναφέρουν ερευνητές.

 Η προσέγγιση έχει χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν σε εθελοντές χωρίς αναπηρία για την ανακατασκευή προφορικών ή φανταστικών προτάσεων. Αλλά αυτή η πρώτη επίδειξη σε ένα άτομο που έχει παραλύσει «αντιμετωπίζει πραγματικά το κύριο ζήτημα που έμεινε να αντιμετωπιστεί - φέρνοντας αυτό το σύστημα στους ασθενείς που το χρειάζονται πραγματικά», λέει ο Christian Herff, επιστήμονας υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο

του Μάαστριχτ που δεν συμμετείχε στο νέα εργασία.

Σύμφωνα με το Science Insider, o συμμετέχων είχε ένα εγκεφαλικό επεισόδιο πριν από μια δεκαετία που τον άφησε με αναρθρία - αδυναμία ελέγχου των μυών που εμπλέκονται στην ομιλία. Επειδή τα άκρα του είναι επίσης παράλυτα, επικοινωνεί επιλέγοντας γράμματα σε μια οθόνη χρησιμοποιώντας μικρές κινήσεις του κεφαλιού του, παράγοντας περίπου πέντε λέξεις ανά λεπτό.

Για να ενεργοποιήσει την ταχύτερη, πιο φυσική επικοινωνία, ο νευροχειρουργός Edward Chang του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια του Σαν Φρανσίσκο, δοκίμασε μια προσέγγιση που χρησιμοποιεί ένα υπολογιστικό μοντέλο γνωστό ως αλγόριθμος βαθιάς μάθησης για να ερμηνεύσει μοτίβα εγκεφαλικής δραστηριότητας στον αισθητήριο κινητήρα , μια περιοχή του εγκεφάλου στην παραγωγή ομιλίας.

 Η προσέγγιση έχει μέχρι στιγμής δοκιμαστεί σε εθελοντές που τους έχουν εμφυτευθεί χειρουργικά ηλεκτρόδια για μη ερευνητικούς λόγους, όπως η παρακολούθηση επιληπτικών κρίσεων.

Στη νέα μελέτη, η ομάδα του Τσανγκ αφαίρεσε προσωρινά ένα μέρος του κρανίου του συμμετέχοντα και έβαλε ένα λεπτό φύλλο ηλεκτροδίων μικρότερο από μια πιστωτική κάρτα απευθείας πάνω από τον αισθητήρα του φλοιού του.

 Για να «εκπαιδεύσει» έναν αλγόριθμο υπολογιστή και να συσχετίσει τα πρότυπα δραστηριότητας του εγκεφάλου με την έναρξη της ομιλίας και με συγκεκριμένες λέξεις, η ομάδα χρειαζόταν αξιόπιστες πληροφορίες σχετικά με το τι προτίθεται να πει ο άνθρωπος και πότε.

Έτσι, οι ερευνητές παρουσίασαν επανειλημμένα μία από τις 50 λέξεις σε μια οθόνη και ζήτησαν από τον άνδρα να προσπαθήσει να το πει . Μόλις ο αλγόριθμος ρυθμιστικέ με δεδομένα από την πρόταση , ο άνθρωπος προσπάθησε να διαβάσει προτάσεις που δημιουργήθηκαν από το ίδιο σύνολο 50 λέξεων, όπως "Φέρτε τα γυαλιά μου, παρακαλώ." Για να βελτιώσουν τις εικασίες του αλγορίθμου, οι ερευνητές πρόσθεσαν ένα στοιχείο επεξεργασίας που ονομάζεται μοντέλο φυσικής γλώσσας, το οποίο χρησιμοποιεί κοινές ακολουθίες λέξεων για να προβλέψει την πιθανή επόμενη λέξη σε μια πρόταση.

Με αυτήν την προσέγγιση, το σύστημα πήρε μόνο περίπου το 25% των λέξεων σε μια πρόταση λάθος, αναφέρουν σήμερα στο The New England Journal of Medicine. Αυτό είναι «αρκετά εντυπωσιακό», λέει η Stephanie Riès-Cornou, νευροεπιστήμονας στο Κρατικό Πανεπιστήμιο του Σαν Ντιέγκο. (Το ποσοστό σφάλματος για τυχαία απόδοση θα είναι 92%.)

Επειδή ο εγκέφαλος αναδιοργανώνεται με την πάροδο του χρόνου, δεν ήταν σαφές ότι οι περιοχές παραγωγής ομιλίας θα έδιναν ερμηνεύσιμα σήματα μετά από περισσότερα από 10 χρόνια αναρχίας, σημειώνει η Anne-Lise Giraud, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης. Η διατήρηση των σημάτων είναι εκπληκτική », λέει. Και ο Herff λέει ότι η ομάδα έκανε ένα «γιγαντιαίο» βήμα δημιουργώντας προτάσεις καθώς ο άντρας προσπαθούσε να μιλήσει και όχι από προηγούμενα καταγεγραμμένα δεδομένα εγκεφάλου, όπως έχουν κάνει οι περισσότερες μελέτες.

Με τη νέα προσέγγιση, ο άντρας θα μπορούσε να παράγει προτάσεις με ρυθμό έως 18 λέξεις ανά λεπτό, λέει ο Τσανγκ.

Αυτό είναι σχεδόν συγκρίσιμο με την ταχύτητα που επιτεύχθηκε με μια άλλη διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή, που περιγράφεται στο Nature τον Μάιο. Αυτό το σύστημα αποκωδικοποίησε μεμονωμένα γράμματα από δραστηριότητα σε μια περιοχή του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνη για τον σχεδιασμό κινήσεων των χεριών, ενώ ένα άτομο που είχε παραλύσει φαντάστηκε το χειρόγραφο. Αυτές οι ταχύτητες εξακολουθούν να απέχουν από τις 120 έως 180 λέξεις ανά λεπτό που είναι τυπικά στα αγγλικά συνομιλίας, σημειώνει ο Riès-Cornou, αλλά υπερβαίνουν κατά πολύ αυτό που μπορεί να επιτύχει ο συμμετέχων με τη συσκευή που ελέγχεται από το κεφάλι.

Το σύστημα δεν είναι έτοιμο για χρήση στην καθημερινή ζωή, σημειώνει ο Chang. Οι μελλοντικές βελτιώσεις θα περιλαμβάνουν την επέκταση του ρεπερτορίου λέξεων και την ασύρματη, οπότε ο χρήστης δεν είναι συνδεδεμένος με έναν υπολογιστή.