'Neuroproteza' i kthen fjalët njeriut me paralizë

'Neuroproteza' i kthen fjalët njeriut me paralizë

Studiuesit në UC San Francisco kanë zhvilluar me sukses një “neuroprotezë të të folurit” që i ka mundësuar një burri me paralizë të rëndë të komunikojë me fjali, duke përkthyer sinjale nga truri i tij në traktin vokal drejtpërdrejt në fjalë që shfaqen si tekst në një ekran.

Arritja, e cila u zhvillua në bashkëpunim me pjesëmarrësin e parë të një studimi kërkimor klinik, bazohet në më shumë se një dekadë përpjekje nga neurokirurgu i UCSF Edward Chang, MD, për të zhvilluar një teknologji që lejon njerëzit me paralizë të komunikojnë edhe nëse nuk janë në gjendje të flasin vetë. Studimi shfaqet më 15 korrik në Gazeta New England e Mjekësisë.

"Sipas njohurive tona, kjo është demonstrimi i parë i suksesshëm i dekodimit të drejtpërdrejtë të fjalëve të plota nga aktiviteti i trurit të dikujt që është i paralizuar dhe nuk mund të flasë", tha Chang, Kryetari i Kirurgjisë Neurologjike të Joan dhe Sanford Weill në UCSF, Jeanne Robertson Profesor i Shquar , dhe autor i vjetër në studim. "Kjo tregon një premtim të fortë për të rivendosur komunikimin duke trokitur në makinerinë e fjalës natyrore të trurit."

Çdo vit, mijëra njerëz humbin aftësinë për të folur për shkak të goditjes në tru, aksidentit ose sëmundjes. Me zhvillimin e mëtejshëm, qasja e përshkruar në këtë studim një ditë mund t'u mundësojë këtyre njerëzve që të komunikojnë plotësisht.

Përkthimi i sinjaleve të trurit në të folur

Më parë, puna në fushën e neuroprotetikës së komunikimit është përqendruar në rivendosjen e komunikimit përmes qasjeve të drejtshkrimit për të shkruar shkronjat një nga një në tekst. Studimi i Chang ndryshon nga këto përpjekje në një mënyrë kritike: ekipi i tij po përkthen sinjale që synojnë të kontrollojnë muskujt e sistemit vokal për të folur fjalë, në vend se sinjale për të lëvizur krahun ose dorën për të mundësuar shtypjen. Chang tha se kjo qasje prek aspektet natyrore dhe të rrjedhshme të fjalës dhe premton një komunikim më të shpejtë dhe organik.

"Me fjalën, ne normalisht komunikojmë informacion me një shpejtësi shumë të lartë, deri në 150 ose 200 fjalë në minutë," tha ai, duke vënë në dukje se qasjet e bazuara në drejtshkrim duke përdorur shtypjen, shkrimin dhe kontrollimin e një kursori janë dukshëm më të ngadalta dhe më të mundimshme. "Të shkosh drejt tek fjalët, siç po bëjmë këtu, ka përparësi të mëdha sepse është më afër mënyrës se si flasim normalisht."

Gjatë dekadës së kaluar, përparimi i Chang drejt këtij qëllimi u lehtësua nga pacientët në Qendrën e Epilepsisë UCSF të cilët po kalonin neurokirurgji për të përcaktuar origjinën e konfiskimeve të tyre duke përdorur vargje elektrodash të vendosura në sipërfaqen e trurit të tyre. Këta pacientë, të gjithë kishin të folur normal, dolën vullnetarë për të analizuar regjistrimet e trurit për aktivitetin e lidhur me të folurit. Suksesi i hershëm me këta vullnetarë të durueshëm hapi rrugën për provën aktuale tek njerëzit me paralizë.

Më parë, Chang dhe kolegët e tij në UCSF Weill Institute for Neurosciences hartuan modelet e aktivitetit kortikal të shoqëruara me lëvizjet e traktit vokal që prodhojnë secilën bashkëtingëllore dhe zanore. Për t'i përkthyer këto zbulime në njohjen e fjalëve të fjalëve të plota, David Moses, Ph.D., një inxhinier postdoktoral në laboratorin Chang dhe autor kryesor i studimit të ri, zhvilloi metoda të reja për dekodimin në kohë reale të atyre modeleve, si dhe inkorporimin e tyre modele statistikore të gjuhës për të përmirësuar saktësinë.

Por suksesi i tyre në dekodimin e fjalës në pjesëmarrësit që ishin në gjendje të flisnin nuk garantoi që teknologjia do të funksiononte tek një person, trakti vokal i të cilit është i paralizuar. "Modelet tona kishin nevojë për të mësuar hartën midis modeleve komplekse të aktivitetit të trurit dhe fjalës së synuar", tha Moisiu. "Kjo përbën një sfidë të madhe kur pjesëmarrësi nuk mund të flasë."

Për më tepër, ekipi nuk e dinte nëse sinjalet e trurit që kontrollonin traktin vokal do të ishin akoma të paprekura për njerëzit që nuk kanë qenë në gjendje të lëvizin muskujt e tyre të zërit për shumë vite. "Mënyra më e mirë për të zbuluar nëse kjo mund të funksiononte ishte ta provonte", tha Moisiu.

50 fjalët e para

Për të hetuar potencialin e kësaj teknologjie tek pacientët me paralizë, Chang bashkëpunoi me kolegun Karunesh Ganguly, MD, Ph.D., një profesor i asociuar i neurologjisë, për të filluar një studim të njohur si "BRAVO" (Brain-Computer Interface Restoration of Arm and Zëri). Pjesëmarrësi i parë në gjyq është një burrë rreth të 30-ave, i cili pësoi një goditje shkatërruese të trungut të trurit më shumë se 15 vjet më parë që dëmtoi rëndë lidhjen midis trurit të tij dhe traktit të tij të zërit dhe gjymtyrëve. Që nga dëmtimi i tij, ai ka pasur lëvizje jashtëzakonisht të kufizuara të kokës, qafës dhe gjymtyrëve dhe komunikon duke përdorur një tregues të bashkangjitur në një kapak bejsbolli për të hedhur letra në një ekran.

Pjesëmarrësi, i cili kërkoi të quhej BRAVO1, punoi me studiuesit për të krijuar një fjalor me 50 fjalë që ekipi i Chang mund ta njihte nga aktiviteti i trurit duke përdorur algoritme të përparuara kompjuterike. Fjalori - i cili përfshin fjalë të tilla si "ujë", "familje" dhe "mirë" - ishte i mjaftueshëm për të krijuar qindra fjali që shprehin koncepte të zbatueshme për jetën e përditshme të BRAVO1.

Për studimin, Chang mbolli kirurgjikale një grup elektrodash me densitet të lartë mbi korteksin motorik të të folurit të BRAVO1. Pas rikuperimit të plotë të pjesëmarrësit, ekipi i tij regjistroi 22 orë aktivitet nervor në këtë rajon të trurit për 48 seanca dhe disa muaj. Në secilën seancë, BRAVO1 u përpoq të thoshte secilën nga 50 fjalët e fjalorit shumë herë ndërsa elektrodat regjistronin sinjale të trurit nga lëvorja e tij e të folurit.

Përkthimi i Fjalës së Tentuar në Tekst

Për të përkthyer modelet e aktivitetit nervor të regjistruar në fjalë specifike të synuara, dy autorët bashkë-udhëheqës të Moisiut, Sean Metzger dhe Jessie Liu, të dy studentë të diplomuar për bio-inxhinierinë në Chang Lab, përdorën modele të personalizuara të rrjetit nervor, të cilat janë forma të inteligjencës artificiale. Kur pjesëmarrësi u përpoq të fliste, këto rrjete dalluan modele delikate në aktivitetin e trurit për të zbuluar përpjekjet e të folurit dhe për të identifikuar se cilat fjalë po përpiqej të thoshte.

Për të provuar qasjen e tyre, ekipi së pari paraqiti BRAVO1 me fjali të shkurtra të ndërtuara nga 50 fjalët e fjalorit dhe i kërkoi atij që të provonte t'i thoshte disa herë. Ndërsa bënte përpjekjet e tij, fjalët u deshifruan nga aktiviteti i tij i trurit, një nga një, në një ekran.

Pastaj ekipi kaloi në nxitjen e tij me pyetje të tilla si "Si jeni sot?" dhe "Dëshironi pak ujë?" Si më parë, fjalimi i BRAVO1 u përpoq të shfaqet në ekran. "Unë jam shumë i mirë", dhe "Jo, nuk jam i etur."

Chang dhe Moses zbuluan se sistemi ishte në gjendje të deshifronte fjalët nga aktiviteti i trurit me shpejtësi deri në 18 fjalë në minutë me deri në 93 përqind saktësi (75 përqind mesatare). Kontribues për suksesin ishte një model gjuhësor që Moisiu zbatoi dhe zbatoi një funksion «automatik-korrekt», i ngjashëm me atë që përdoret nga mesazhet e konsumatorit dhe softueri i njohjes së fjalës.

Moisiu i karakterizoi rezultatet e provave të hershme si një provë parimi. "Ne ishim të ngazëllyer kur pamë dekodimin e saktë të një larmie fjalish kuptimplota", tha ai. "Ne kemi treguar se është në të vërtetë e mundur të lehtësohet komunikimi në këtë mënyrë dhe se ai ka potencial për t'u përdorur në mjediset e bisedave."

Duke parë përpara, Chang dhe Moisiu thanë se ata do të zgjerojnë provën për të përfshirë më shumë pjesëmarrës të prekur nga paraliza e rëndë dhe deficitet e komunikimit. Ekipi aktualisht po punon për të rritur numrin e fjalëve në fjalorin e disponueshëm, si dhe për të përmirësuar shkallën e të folurit.

Të dy thanë se ndërsa studimi u përqendrua në një pjesëmarrës të vetëm dhe një fjalor të kufizuar, ato kufizime nuk e zvogëlojnë arritjen. "Ky është një moment historik i rëndësishëm për një person që nuk mund të komunikojë natyrshëm," tha Moisiu, "dhe tregon potencialin që kjo qasje t'u japë një zë njerëzve me paralizë të rëndë dhe humbje të fjalës."