Мозговые имплантаты могут восстановить общение людей с параличом

Два отдельных исследования, опубликованные сегодня в Природа указывают на то, что в будущем интерфейсы «мозг-компьютер» (BCI) смогут помочь восстановить общение людям, которые не могут говорить из-за тяжелого паралича. В обоих исследованиях исследователи использовали мозговые имплантаты, которые могли улавливать сигналы мозга, которые затем с помощью алгоритмов переводились в предложения на экране. Хотя это не новая концепция, интересно то, что обе исследовательские группы смогли сделать это намного быстрее и точнее, чем существующие технологии.

в учеба в СтэнфордеИсследователи имплантировали электроды в мозг пациента с боковой амиотрофический склероз (АЛС) в двух областях, связанных с речью. BCI был разработан для обнаружения активности мозга, когда пациент пытается говорить. Эти сигналы затем были переданы в алгоритм, который связал определенные модели активности мозга с фонемами — звуками, из которых состоит речь. Чтобы обучить алгоритм, исследователи предложили пациенту попытаться озвучивайте или про себя проговаривайте образцы предложений в течение 25 сеансов продолжительностью примерно по четыре часа каждый.

в Исследование Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Калифорнийского университета в БерклиИсследователи хирургическим путем поместили лист толщиной с бумагу, содержащий 253 электрода, в мозг человека с тяжелым параличом в результате инсульта ствола мозга. Как и в Стэнфордском исследовании, исследователи попросили пациента обучить алгоритм, пытаясь заговорить, чтобы он мог распознавать, какие сигналы мозга связаны с различными фонемами. Затем эти сигналы были преобразованы в выражения лица и модулированную речь на цифровом аватаре.

Хотя в исследованиях использовались несколько разные подходы, результаты были схожими с точки зрения точности и скорости. В Стэнфордском исследовании уровень ошибок составил 9,1 процента при ограничении словарного запаса в 50 слов и 23,8 процента при расширении словарного запаса до 125 000 слов. Примерно через четыре месяца Стэнфордский алгоритм смог преобразовывать сигналы мозга в слова со скоростью около 68 слов в минуту. Алгоритм Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Беркли смог декодировать со средней скоростью 78 слов в минуту. Уровень ошибок составил 8,2 процента для словаря из 119 слов и примерно 25 процентов для словаря из 1024 слов.

Хотя уровень ошибок в 23–25 процентов недостаточен для повседневного использования, это значительное улучшение по сравнению с существующими технологиями. На брифинге для прессы Эдвард Чанг, заведующий отделением неврологической хирургии в UCSF и соавтор исследования UCSF, отметил, что эффективная скорость общения для существующих технологий является «трудоёмкой» при скорости от 5 до 15 слов в минуту по сравнению с 150–250 слов в минуту для естественных технологий. речь.

«От 60 до 70 слов в минуту — это настоящая веха для нашей области в целом, потому что она исходит из двух разных центров и двух разных подходов», — сказал Чанг на брифинге.

Тем не менее, эти исследования являются скорее подтверждением концепции, чем технологией, готовой к использованию в прайм-тайм. Одна из потенциальных проблем заключается в том, что эти методы лечения требуют длительных сеансов для обучения алгоритма. Однако исследователи из обеих команд на брифинге заявили прессе, что надеются, что в будущем обучение алгоритмам будет менее интенсивным.

«Это очень ранние исследования, и у нас нет большой базы данных с данными других людей. Поскольку мы делаем больше таких записей и получаем больше данных, мы сможем передавать то, что алгоритмы узнают от других людей, новым людям», — говорит Фрэнк Уиллетт, научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза и соавтор Стэнфордского исследования. изучать. Однако Уиллетт отметил, что это не гарантировано и необходимы дополнительные исследования.

Другая проблема заключается в том, что технология должна быть достаточно простой, чтобы люди могли использовать ее дома, не требуя от лиц, осуществляющих уход, прохождения сложного обучения. Мозговые имплантаты также являются инвазивными, и в этих конкретных исследованиях BCI должен был быть подключен через провода к устройству за пределами мозга. череп, который затем был прикреплен к компьютеру. Существуют также опасения по поводу деградации электродов и того факта, что это не может быть постоянным решением. Чтобы перейти к потребительскому использованию, технология должна будет пройти тщательную проверку, а это может оказаться длительным и дорогостоящим процессом.

Кроме того, исследования проводились на пациентах, у которых все еще сохранялась способность двигаться. Некоторые неврологические состояния, такие как поздняя стадия БАС, могут привести к так называемому «синдром запертости». В этом состоянии человек все еще сохраняет способность думать, видеть и слышать, но может общаться только моргая глазами или другими небольшими движениями. Люди с синдромом запертости больше всего нуждаются в этом типе технологий, но необходимы дополнительные исследования, чтобы увидеть, будет ли этот метод эффективным.

«Мы преодолели порог производительности, который нас обоих очень радует, потому что он пересекает порог удобства использования», — говорит Чанг, отмечая, что потенциальная польза от этой технологии огромна, если ее можно будет безопасно и широко внедрить. «Мы очень серьезно думаем об этом и о том, каковы будут следующие шаги».