Электроды, подключенные к мозгу, позволяют двум людям с параличом печатать мысленно | Технология

Постепенно наука приближается к осуществлению мечты о том, что те, кто не может, могут. Рука об руку с искусственным интеллектом, машинным языком, алгоритмами и множеством технологий нейробиология приближает тот день, когда люди с травмами спинного мозга могут ходить; что люди с болезнью Паркинсона перестаньте блокировать друг друга; что те, кто потерял чувствительность они могут снова сыграть; или что те, кто потерял зрение, снова почувствуй свет. Теперь американские нейробиологи разработали мозго-машинный интерфейс (BCI), который позволяет вам общаться, печатая на клавиатуре, мысленно. Как подробно описано в научном журнале Природа Нейронаукибыл успешно протестирован двумя пациентами с параличом, которым удалось печатать с высокой скоростью и почти без ошибок. Их всего два, система находится в зачаточном состоянии, но она приближает эту мечту.

На одном конце ИМК расположены пластины с сотнями микроэлектродов, помещенных непосредственно в мозг. Но не где-нибудь, а в тех областях моторной коры, которые предыдущие и собственные работы определили как ответственные за мелкие движения пальцев. На другом конце находится экран, на котором появляется QWERTY-клавиатура. Между ними много науки.

«Он основан не на методе проб и ошибок, а на процессе калибровки, в котором участник пытается написать серию заранее определенных фраз», — говорит исследователь Центра нейротехнологий и нейровосстановления Массачусетской больницы общего профиля (США) и первый автор исследования Джастин Джуд. «Алгоритм машинного обучения затем изучает, какие модели нейронной активности [registrados] на электродах соответствуют каждому из 30 возможных движений пальцев», — добавляет он. Английская QWERTY-клавиатура имеет 26 букв. Остальные четыре движения были для точки, запятой, закрывающего вопросительного знака и клавиши пробела.

После тридцати упражнений на тренировку системы результаты впечатляют. Один из участников, которого они назвали Т18, 48-летний мужчина с травмой спинного мозга на уровне шейного отдела позвоночника, достиг скорости умственного набора текста 110 символов в минуту, почти такой же скорости, как у людей его возрастной группы без тетраплегии. Ему оставалось только думать о наборе текста. BCI смог определить, что вытягивание указательного пальца всегда должно было нажимать на R или T, что опускание его на клавиатуре соответствовало F, а поднятие его к ладони указывало на то, что T18 хотел написать V или B. Количество ошибок составило всего 1,6%.

«Наиболее частыми ошибками были те, которые возникали между клавишами, управляемыми соседними пальцами, или между движениями, управлявшими разными клавишами одним и тем же пальцем», — говорит Джуд. Чтобы их уменьшить, они обратились к языковым моделям, предвосхищающим реальное намерение Т18, «похоже на самокоррекцию при наборе текста на клавиатуре смартфона, чтобы сгенерировать фразу, которую, вероятно, имел в виду пользователь», — добавляет исследователь, также из Гарвардской медицинской школы (США).

Другой участник исследования, Т17, — 33-летний мужчина с боковым амиотрофическим склерозом (БАС), который писал не так быстро и делал это с большим количеством ошибок. Его более низкая работоспособность могла быть связана с состоянием его болезни, с тетраплегией, необходимостью искусственной вентиляции легких и анартрией, полной неспособностью произносить слова, вызванной невозможностью активировать речевые мышцы. Но возможно также, что они использовали меньше электродов — 128 по сравнению с 384 в Т18, что повлияло бы на их точность, что уже было предусмотрено в дизайне исследования. И все же, несмотря на его синдром плена почти полный и ограничение его BCI, Т17 сумел написать 47 слов в минуту и не под диктовку, а то, что он хотел сказать.

Т17 и Т18 — двое из нескольких пациентов, участвующих в более крупном проекте под названием БрейнГейткоторый ищет все возможные подходы для облегчения общения для тех, кто не может общаться. Один из таких подходов заключался в том, чтобы попросить участника подумать о письме. Результаты того, который они назвали Т5, были очень хорошими: благодаря ручному написанию 90 символов в минуту два чипа в области мозга, предназначенной для письма. Клинические испытания продолжаются с девятью участниками в Соединенных Штатах.

Такие же вставки с этими 384 микроэлектродами использует Эдуардо Фернандес, директор Института биоинженерии Университета Мигеля Эрнандеса в Эльче. Но исходя из этого его команда разрабатывает BCI не для набора текста, а для те, кто потерял зрение, увидят снова. Как он вспоминает, «одной из самых серьезных и сложных проблем, связанных с некоторыми неврологическими расстройствами, такими как БАС и инсульты, является потеря способности к общению, вызванная недостатком силы мышц, отвечающих за речь или за подвижность рук, кистей и пальцев». Во многих случаях, как в случае с Т17 и Т18, «интеллектуальные способности и мышление обычно остаются нетронутыми», подчеркивает ученый. И именно этим мы должны попытаться воспользоваться.

«Это исследование представляет новую стратегию, облегчающую общение этих людей», — говорит Фернандес. «В отличие от других подходов, в которых испытуемых просят представить движение курсора, экспериментальная парадигма проще, поскольку им нужно думать только о перемещении пальца на обычной компьютерной клавиатуре. Таким образом, пользователям просто нужно попытаться двигать собственными пальцами, как если бы они находились перед физической клавиатурой», — добавляет он.

Хотя участников всего два, для Фернандеса, который не участвовал в этом исследовании, важно то, что «оно подтверждает, что нейронные представления мелкой моторики остаются нетронутыми в мозге даже спустя годы после паралича». А для тех, кто обеспокоен внешним психическим контролем, нейробиолог решает проблему: «Этот тип технологии не способен читать мысли в смысле непроизвольного извлечения информации из субъекта; он позволяет пользователям общаться, используя сигналы мозга, а не мышц».