Další krůček ke čtení myšlenek. Mozkový implantát dokáže převádět myšlenky na slova

Implantát, který dokáže převádět mozkové signály na slova, může poskytnout komunikační prostředek těm, kteří nemohou mluvit. Nové zařízení umí převádět myšlenky na mluvená slova dekódováním signálů z mozkového řečového centra a předvídat tak zvuky, které má člověk v úmyslu vydat. O zajímavém objevu informuje web StudyFinds.

Výsledky studie, publikované 6. listopadu v odborném časopise Nature Communications, nabízejí naději pro osoby se syndromem uzamčení a další lidi, pro které jsou stávající komunikační technologie frustrující a pomalé. V současné době pracují špičkové systémy pro dekódování řeči rychlostí přibližně 78 slov za minutu, což je zhruba poloviční rychlost oproti běžné mluvě.

Řečová protéza

„Existuje mnoho pacientů, kteří trpí vyčerpávajícími motorickými poruchami, jako je ALS (amyotrofická laterální skleróza) nebo syndrom uzamčení, které mohou narušit jejich schopnost mluvit,“ říká v tiskové zprávě profesor neurologie na Lékařské fakultě Dukeovy univerzity Gregory Cogan. „Současné dostupné nástroje, které jim umožňují komunikovat, jsou však obecně velmi pomalé a těžkopádné.“

Zpoždění mezi rychlostí mluvené a dekódované řeči je částečně způsobeno relativně malým počtem snímačů mozkové aktivity, které lze připevnit na kousek flexibilního materiálu tenkého jako papír položeného na povrchu mozku. Menší počet senzorů poskytuje méně informací k dekódování.

Dukeův institut pro vědy o mozku je známý vývojem ultratenkých a flexibilních mozkových implantátů s vysokou hustotou. Za účelem zvýšení výkonu vědci navýšili počet senzorů v zařízení. Nejnovější implantát, který je velký jako poštovní známka, obsahuje 256 mikroskopických senzorů a umožňuje uživatelům komunikovat s počítačem prostřednictvím mozkové aktivity.

Experiment ve stylu NASCAR

Vzhledem k tomu, že neurony, které jsou od sebe vzdálené jako zrnka písku, vykazují při koordinaci řeči výrazně odlišnou aktivitu, je nezbytné rozlišovat signály ze sousedících mozkových buněk, aby bylo možné přesně předvídat zamýšlenou řeč.

V rámci experimentu vědci dočasně umístili zařízení do mozku čtyř pacientů, kteří podstupovali operaci kvůli nějakému jinému onemocnění, například léčbě Parkinsonovy choroby nebo odstranění nádoru. Cogan a jeho tým měli omezený čas na to, aby fungování implantátu vyzkoušeli přímo na operačním sále.

„Rád to přirovnávám k týmu v boxech při závodech NASCAR,“ popisuje Cogan. „Nechtěli jsme přidávat žádný čas navíc k operačnímu postupu, takže jsme museli být uvnitř a venku do 15 minut. Jakmile chirurg a lékařský tým řekli 'Jděte!", vrhli jsme se do akce a pacient splnil úkol.“

Nastupují algoritmy

Pacientům byla během pokusu předložena sekvence nesmyslných slov, jako například „ava“, „kug“ nebo „vip“, která museli vyslovit nahlas. Implantát během toho zachytával činnost motorické mozkové kůry, která řídí téměř stovku svalů zapojených do manipulace se rty, jazykem, čelistí a hrtanem.

Postgraduální student biomedicínského inženýrství Suseendrakumar Duraivel následně analyzoval získaná data pomocí algoritmu strojového učení s cílem posoudit jeho přesnost při předpovídání zvuků pouze na základě záznamů mozkové aktivity.

U některých zvuků – například „g“ ve slově „gak“ – systém přesně identifikoval zvuk v 84 % případů, kdy se jednalo o počáteční písmeno v trojici, která tvořila nesmyslné slovo. Přesnost však klesala při dekódování písmen uvnitř slova nebo na jeho konci a systém měl problémy s podobně znějícími hláskami, jako je „p“ a „b“.

Přesnost 40 %. A není to málo?

Celková přesnost dekodéru byla 40 %, což je významný úspěch vzhledem k tomu, že srovnatelné technologie převodu signálů z mozku na řeč často vyžadují hodiny nebo dokonce celé dny referenčních dat. Algoritmus v této studii pracoval s pouhými 90 sekundami hlasových dat z patnáctiminutového testu.

„Nyní vyvíjíme podobný druh zařízení, ale bez drátů,“ říká Cogan. „S tím byste se mohli pohybovat a nemuseli byste být připoutáni k elektrické zásuvce, což je opravdu vzrušující.“ K vývoji má přispět i nedávno přidělený grant ve výši 2,4 milionu dolarů od Národního institutu zdraví.

I když jsou výsledky vědeckého bádání velmi povzbudivé, k tomu, aby se „řečová protéza“ dostala v dohledné době do běžného používání, zbývá ještě dlouhá cesta. „Jsme v bodě, kdy je to stále mnohem pomalejší než přirozená řeč,“ řekl Jonathan Viventi, „ale můžete vidět trajektorii, po které bychom se měli dostat tam, kam potřebujeme.“

Diskuze (1) Další článek: Evropa staví už čtvrtý kosmodrom, ale rakety má jen na obrázku

Témata článku: , , , , ,