Губитак гласа или способности куцања једноставне поруке може значити, за некога ко пати од тешка парализаОво је много више од физичког ограничења: подразумева смањење њихове аутономије, односа и, у великој мери, самих животних планова. Последњих година, неуротехнологија се фокусирала на овај проблем, тражећи начине да ове особе поново комуницирају без ослањања на споре и исцрпљујуће системе.
У том контексту, амерички истраживачки тим је успешно тестирао имплантабилни интерфејс мозак-рачунар способан да трансформише покрете прстију у текст на виртуелној тастатури. Уређај, који је још увек у експерименталној фази, тестиран је на две особе са скоро потпуном парализом и постигао је брзину куцања и ниво тачности блиске онима код особе без моторичких инвалидитета.
Неуропротеза која претвара покушаје куцања у слова
Рад је потписан од стране научника из Институт за неуронауку Масачусетс Генерал Бригам, у Бостону, и од Бровн Университикоји годинама сарађују у конзорцијуму BrainGate, иницијативи усмереној на развој интерфејси мозак-рачунар за особе са парализомНова студија, објављена у научном часопису Nature Neuroscience, описује неуропротезу за писање која не помера курсор, већ се ослања на конвенционалну QWERTY тастатуру као почетну тачку.
Да би то постигли, истраживачи имплантирају микроелектродни сензори у моторном кортексуРегион мозга укључен у контролу вољних покрета руку и прстију. Ове микроелектроде детектују електричну активност која се јавља када особа ментално покуша да помери прсте да би притиснула тастер, иако тело не може да изврши гест због повреде.
Испред учесника је приказан стандардна QWERTY тастатура праћено шематским приказом прстију. Свако слово је повезано са одређеном комбинацијом положаја прстију (на пример, горе, доле или савијено). Када корисник замисли ове покрете, електроде прикупљају неуронски сигнал и шаљу га рачунарском систему који... преводи у текстуалне знакове.
Процес се ту не зауставља: излаз декодера пролази кроз предиктивни језички моделСлично функцији аутоматског исправљања на мобилним телефонима, помаже у исправљању грешака и допуњавању речи, тако да коначна реченица буде кохерентна и што вернија пацијентовој намери.
Два пацијента са тешком парализом као тест случај
Суђење је спроведено са две особе са веома узнапредовала парализаЈедан учесник са узнапредовалом амиотрофичном латералном склерозом (АЛС) и други са повреда вратне кичмене мождине што је изазвало његову квадриплегију. Обоје су били део клиничког програма BrainGate и дали су сагласност за тестирање нове неуропротезе за писање.
Након операције имплантације микроелектрода, волонтери су прошли кратку обуку за коришћење система. То је трајало отприлике 30 калибрационих фраза како би софтвер могао да прилагоди своје алгоритме за декодирање неуронским сигналима сваке особе. Одатле су замољени да пишу поруке користећи само покушаје померања прстију на виртуелној тастатури приказаној на екрану.
Резултати су били изузетни по својој брзини и тачности. Један од учесника је достигао максималну брзину од 110 знакова у минутиТо се преводи на приближно 22 речи у минути, са стопом грешака у речима од 1,6%. Та маргина грешке је слична оној код особе која куца ручно на физичкој тастатури или на екрану паметног телефона.
Други добровољац, који је патио од узнапредовале АЛС и захтевао механичку вентилацију, такође је успео формулишите разумљиве реченице кроз систем, мада нешто споријим темпом. У његовом случају, значај напретка је посебно вредан пажње, јер је потпуно изгубио способност говора и није могао да користи конвенционалне асистивне технологије без огромног напора.
Један посебно важан аспект испитивања је то што су оба пацијента била у стању да користите уређај у свом домуИ не само у строго болничком или лабораторијском окружењу. Ово сугерише да би се, уз даљи развој, технологија могла интегрисати у свакодневне системе подршке тако да они који пате од тешке парализе могу комуницирати од куће са члановима породице, неговатељима или здравственим радницима.
Зашто се овај интерфејс разликује од тренутних система
Данас се многи људи са парализом који задржавају извесну контролу вида ослањају на уређаји за праћење погледаОви системи омогућавају корисницима да бирају слова или иконе померањем очију по екрану, али, како су сами пацијенти описали, спори су, заморни за коришћење и склони грешкама. У многим случајевима, корисници их на крају напусте због фрустрације коју изазивају.
БрејнГејтова неуропротеза користи другачији приступ: уместо праћења погледа или померања курсора мишљу, она се фокусира на декодирати покушаје покрета прстију на тастатури која је позната скоро свакој писменој особи. Ова стратегија има две јасне предности: с једне стране, омогућава нам да искористимо моторичку меморију коју су многи пацијенти развили током година коришћења физичких тастатура; с друге стране, олакшава досезање веће брзине писања него код других аугментативних комуникационих система.
Штавише, употреба алгоритама вештачке интелигенције, како за декодирање неуронског сигнала, тако и за језички модел, доприноси побољшаној тачности без потребе за прекомерним когнитивним напором од стране корисника. Особа не мора да „размишља о појединачним словима“, већ замишља да помера прсте као што би то чинила када би заиста куцала.
Према истраживачком тиму, ова комбинација имплантабилних сензора, напредне обраде сигнала и језичких модела трансформише интерфејси мозак-рачунар у све чвршћу алтернативу постојећим решењима, барем за одређену групу пацијената са тешком парализом који не проналазе адекватан одговор у конвенционалним системима.
Улога конзорцијума BrainGate и будуће пројекције
Развој ове неуропротезе је део рада конзорцијума БраинГатеМеђународно удружење за неуронауке (INCAA), основано 2004. године, окупља неурологе, неуронаучнике, инжењере, рачунарске научнике, неурохирурге, математичаре и друге стручњаке из различитих академских институција. Њихов заједнички циљ је стварање технологија које омогућавају... повратити изгубљене функције код људи са неуролошким болестима, повредама кичмене мождине или ампутацијама.
Током протекле две деценије, BrainGate је у контролисаним испитивањима показао да се интерфејси мозак-рачунар могу користити за контролишите курсоре, роботске руке или спољне уређаје на основу мождане активности. Сада објављени напредак се посебно фокусира на писану комуникацију, кључну област за оне који су изгубили и способност говора и способност коришћења физичке тастатуре.
Они који су задужени за испитивање наглашавају да је технологија још увек у фази истраживања. Остају питања попут следећих која треба да буду решена: трајност имплантата, стабилност сигнала током времена, могући ризици повезани са хируршким захватом, лакоћа коришћења домаћих система или њихово уклапање у финансирање здравствених система, укључујући и европске.
Чак и уз ове мере предострожности, тим верује да уређај отвара пут за развој индустрије на средњи рок. комерцијалне верзије неуропротеза прилагођено пацијентима са различитим профилима парализе. Конзорцијум наглашава да ће сарадња између академских центара и компанија бити кључна за претварање ових експерименталних резултата у стварна клиничка решења.
Релевантност за пацијенте у Европи и предстојећи изазови
Иако је студија спроведена у Сједињеним Државама, њен утицај је директно релевантан за људе са АЛС, повреде кичмене мождине или мождани удар У Европи, укључујући Шпанију, где старење становништва и пораст неуродегенеративних болести из године у годину повећавају потражњу за технологијама за помоћ у комуникацији.
У здравственим системима попут шпанског, са снажном јавном компонентом, ове врсте развоја се обично процењују не само због њихове клиничке ефикасности, већ и због њихове исплативост и његова способност интеграције у мрежама неуролошке рехабилитације и кућној нези. Могућност функционисања интерфејса мозак-рачунар у кућним окружењима иде у прилог њиховом будућем усвајању, под условом да се опрема поједностави, а компоненте постану јефтиније.
Гледајући унапред у наредне године, истраживачи предлажу неколико области за побољшање. Једна од њих укључује увођење прилагођене тастатуре или системи за стенографију који омогућавају још брже куцање; други, да се искористи иста технологија како би се покушали обновити покрети дохватања и хватања код људи са парализом горњих екстремитета, користећи већ идентификоване обрасце неуронске активности.
Такође се говори о комбиновању ових интерфејса са другим алатима за подршку, као што су читачи екрана, гласовни асистенти или уређаји за кућну аутоматизацију, са циљем изградње приступачнија животна окружења за оне који зависе од инвалидских колица или им је потребна стална нега. Све то са истом заједничком нити: поновно повезивање мозга особе са светом око ње када њено тело престане да реагује.
Узето заједно, ово ново клиничко испитивање показује да имплантабилни интерфејс мозак-рачунар Може људима са тешком парализом пружити облик писане комуникације који је брз, тачан и довољно стабилан да се користи у свакодневном животу, што је важан корак ка решењима која не само да продужавају живот већ и омогућавају људима да живе са већом аутономијом и способношћу да се повежу са другима.