Інноваційний нейроінтерфейс допоміг людині з паралічем відновити мовлення

Новітній чип «мозок-комп’ютер» (BCI), який створили дослідники, дав можливість пацієнту з бічним аміотрофічним склерозом (БАС) відновити спілкування з рідними в режимі реального часу.

Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.

БАС – це складне неврологічне захворювання, яке руйнує нервові клітини головного та спинного мозку, поступово позбавляючи людину здатності контролювати м’язи. Фахівці Каліфорнійського університету в Девісі наголошують, що нова експериментальна система BCI створена для того, щоб забезпечити максимально природне і швидке мовлення для користувача. «Голос – це частина нашої особистості. Втрата можливості говорити надзвичайно важко сприймається людьми з неврологічними розладами», – зазначив Девід Брандман, співдиректор Лабораторії нейропротезування Каліфорнійського університету в Девісі.

«Результати нашої роботи дають нову надію тим, хто прагне знову мати можливість розмовляти. Ми продемонстрували, що навіть пацієнт із повним паралічем здатний вимовляти слова завдяки синтетичній версії власного голосу. Ця технологія може стати переломним рішенням для людей, що втратили здатність говорити», – додав Брандман, який також виконав імплантаційну операцію для учасника експерименту.

Під час випробувань вчені збирали дані, пропонуючи пацієнту намагатися вимовляти вголос фрази, що з’являлися на екрані комп’ютера. Більшість сучасних нейропротезів мовлення (BCI, що трансформують мозкову активність у слова) мають значний недолік – затримку при перетворенні сигналів. Часто проходить кілька секунд, перш ніж мозкові імпульси перетворяться на звук, що помітно порушує природний хід розмови.

Розробники наголошують, що цей новий синтезатор голосу працює в реальному часі, що за відчуттями нагадує звичайний телефонний дзвінок. Завдяки майже миттєвій передачі голосу користувач отримує змогу брати активну участь у діалозі: наприклад, «перебивати співрозмовника або вчасно реагувати на його репліки, що раніше було практично неможливо», – розповів Сергій Ставіський, провідний автор роботи та доцент кафедри нейрохірургії Каліфорнійського університету в Девісі.

Система розшифровує мозкові сигнали з високою точністю. Вона працює завдяки мікроелектродним масивам, які хірургічно імплантують у зону мозку, що відповідає за мовлення. Ці 256 мікроелектродів фіксують активність сотень нейронів, після чого інформація передається на комп’ютер, який обробляє сигнали та перетворює їх на синтетичний голос користувача.

У межах клінічного дослідження BrainGate2, що проходило в UC Davis Health, до випробування залучили 45-річного чоловіка. Щоб навчити систему, дослідники демонстрували учаснику окремі речення на екрані, пропонуючи спробувати вимовити їх уголос. Серед фраз траплялися як запитальні, так і стверджувальні речення, наприклад: «Як справи сьогодні?» – з різною інтонацією, а в цей час реєструвалася активність мозкових клітин. Система BCI майже миттєво конвертувала сигнали з мозку в зрозуміле мовлення.

Вражає швидкість обробки – затримка становила всього одну сорокову частину секунди. Це співвідноситься з природним сприйняттям власного голосу, завдяки чому розмова ставала максимально природною та спонтанною. Пацієнт навіть міг змінювати висоту тону, виконуючи прості мелодії.

Як відзначають дослідники, синтетичне мовлення, створене за допомогою BCI, було загалом добре зрозумілим – слухачі правильно ідентифікували близько 60% слів. Ключову роль у досягненні результату відіграли передові AI-алгоритми. Вони навчалися за допомогою співставлення нейронних сигналів пацієнта з тими мовними звуками, які він намагався промовити.

«Основною складністю для створення системи синтезу голосу в реальному часі було те, що ми не знали точно, коли і яким чином людина, яка втратила можливість говорити, намагається сформувати мовлення», – пояснила Майтреї Вайрагкар, перша авторка дослідження та наукова співробітниця проєкту. «Наші алгоритми дозволяють відтворювати нейронну активність у звукові сигнали з високою точністю у конкретний момент часу. Завдяки цьому система передає нюанси мовлення й забезпечує контроль над ритмом та мелодикою голосу BCI», – додала Вайрагкар.

Дослідники наголошують, що нейропротези на основі концепції «мозок-голос» ще перебувають на ранньому етапі розвитку. Подальші кроки передбачають повторення успішних результатів із залученням ширшого кола пацієнтів, зокрема людей, які втратили мовлення внаслідок інсульту чи інших захворювань.

Читайте також:

• Neuralink Маска успішно вживила мозковий чип третій людині
• Toyota будує перше у світі «місто роботів» біля підніжжя гори Фудзі