fbTrack
REKLAMA
REKLAMA

Medycyna i zdrowie

Implant mowy dla osób sparaliżowanych

Prof. Steven Hawking porozumiewał się z otoczeniem za pomocą syntezatora ACAT firmy Intel
shutterstock
Dzięki wszczepieniu siatki elektrod zaprojektowanych do rejestrowania aktywności mózgu, naukowcom udało się przekształcić sygnały mózgowe w syntezowane zdania.

Osoby całkowicie sparaliżowane, które nie potrafią mówić, często polegają na małych ruchach gałek ocznych, aby przekazać swojemu otoczeniu najprostsze słowa. Jest to niezwykle żmudny i męczący proces. Dotychczasowe próby skonstruowania urządzenia, które przetwarzałoby impulsy elektryczne mózgu w mowę, nie przyniosły pomyślnych rezultatów. Nadzieję budzą dopiero badania ogłoszone w najnowszym wydaniu prestiżowego magazynu „Nature".

Koniec samotności

Naukowcom z University of California w San Francisco udało się za pomocą wszczepionego do mózgu implantu przetworzyć sygnały między neuronami w syntezowaną mowę.

Niektóre z tych zrekonstruowanych słów, wypowiadane przez wirtualny głos, były nieco zniekształcone. Ale ogólnie zdania są zrozumiałe i pozwalają na werbalny kontakt z osobami, z którymi kontakt był dotychczas niezwykle utrudniony.

Przez lata naukowcy rejestrowali poszczególne impulsy mózgowe, żeby przypisać im odpowiednie znaczenie werbalne. Dzięki temu stworzyli mapę sygnałów i odpowiadających im słów. Mapowanie sieci neuronowej w celu wykrycia impulsów odpowiedzialnych za mowę jest naprawdę poważnym wyzwaniem. Proces mówienia jest bowiem wspomagany przez cały mózg, chociaż za mowę, czytanie i pisanie odpowiedzialna jest głównie lewa półkula. Wypowiadanie średnio czternastu dźwięków na sekundę angażuje ruch przynajmniej 100 mięśni naraz. Neurochirurg Edward Chang i bioinżynier Josh Chartier z UCSF przebadali pięć osób, którym tymczasowo wszczepiono do mózgu siatki elektrod w celu leczenia padaczki. Pacjenci biorący udział w tych badaniach mogli normalnie mówić, dzięki czemu badacze trafnie przypisali odpowiednią aktywność mózgu do wypowiadanego zdania. Następnie zespół przyporządkował bodźce mózgowe kontrolujące ruchy warg, języka, szczęki i krtani, do rzeczywistych procesów werbalnych, gdy pacjenci rozmawiali. Pozwoliło to skonstruować unikalny, wirtualny szlak głosowy, charakterystyczny dla każdej osoby.

– Opracowana metoda jest na razie w fazie badań laboratoryjnych, ale mimo to wskazuje, że odpowiednie „używanie" mózgu będzie umożliwiało dekodowanie mowy – podkreśla Gopala Anumanchipalli, naukowiec UCSF zajmujący się pracami nad komunikacją syntetyczną.

Technologia opracowana przez amerykańskich badaczy obiecuje przywrócenie umiejętności płynnego mówienia ludziom, którzy do tej pory byli skazani na całkowite wykluczenie i cierpienie w samotności.

– Trudno przecenić znaczenie tego dla tych ludzi – podkreśla dr Frank Guenther, neurolog z Boston University. – To musi być koszmarne uczucie, kiedy nie można się komunikować w jakikolwiek sposób z otoczeniem.

Komunikator Hawkinga

Istniejące komunikatory, za pomocą których niektóre osoby sparaliżowane porozumiewają się z otoczeniem, polegały dotychczas na wskazywanie poszczególnych liter, wyrazów lub sylab. Proces tworzenia zdania na takim urządzeniu jest wyjątkowo żmudny. Może on w najlepszym wypadku pomóc zaznaczyć maksymalnie 10 słów na minutę. Do tego tylko nieliczne, tak dotkliwie upośledzone osoby, mogły otrzymać sprzęt ułatwiający komunikację z otoczeniem.

W 2013 r. takie urządzenie otrzymał w prezencie profesor Hawking, który przez większą część życia cierpiał na stwardnienie zanikowe boczne. Wcześniej, przez wiele lat komunikował się z otoczeniem, używając syntezatora mowy, który tworzył zdania, kiedy naukowiec ruchem policzka zatrzymywał kursor i dokonywał wyboru sylaby lub wyrazu na przymocowanym do wózka inwalidzkiego mobilnym monitorze komputera.

W ten sposób tworzył zazwyczaj jedno słowo na minutę. W 2013 roku firma Intel skonstruowała dla Hawkinga program ACAT (Assistive Context-Aware Toolkit), który interpretował ruchy jego twarzy. W ten sposób profesor mógł „powiedzieć" już aż pięć słów na minutę.

Przez kolejne dwa lata ACAT był programem niedostępnym dla kogokolwiek innego, ale 18 sierpnia 2015 r. firma Intel ogłosiła sprzedaż systemu na otwartym rynku. Zaletą syntezatora mowy, który został specjalnie zaprojektowany dla brytyjskiego naukowca, jest możliwość jego poszerzania o nowe interfejsy użytkownika, sensory, metody przewidywania słów oraz inne funkcje.

Pocieszające jest, że badaniami nad syntezatorami mowy zajęły się także inne amerykańskie koncerny: Neural Signals, Words Plus i Braingate, oraz szwedzki Interactive Productline czy hiszpańska Neuroelectrics.

Mapowanie indywidualne

Niestety nie wszystkie osoby tak dotkliwie unieruchomione przez straszną chorobę mają możliwość komunikowania się za pomocą poruszania mięśniami twarzy.

Stąd też metoda opracowana przez kalifornijski zespół neurochirurga Edwarda Changa i bioinżyniera Josha Chartiera jest tak ważna dla tych właśnie osób. Pozwala ona wykryć nawet niewielkie wahania napięcia w połączeniach neuronowych, które zamienia następnie w syntetyzowaną mowę.

W przeciwieństwie do wszystkich dotychczasowych metod, system dekodowania mowy, zaproponowany przez naukowców z UCSF, pozwala na zbliżoną do normalnej komunikację z otoczeniem. W szerokim, komercyjnym zastosowaniu tej technologii przeszkadza jednak fakt, że takie mapowanie aktywności mózgu jest procesem idiosynkratycznym. Oznacza to, że każdy pacjent musi mieć tworzoną od nowa indywidualną mapę impulsów nerwowych kontrolujących proces mówienia. Na szczęście odkryto też pewne podobieństwa występujące u wszystkich badanych pacjentów. To przyśpieszy prace nad uniwersalnym, syntetycznym komunikatorem.

Źródło: Rzeczpospolita
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
NAJNOWSZE Z RP.PL
REKLAMA
REKLAMA