O reuşită de pionierat în domeniul interfeţelor creier-computer ar putea permite persoanelor complet paralizate să comunice. Cercetătorii din Israel au reuşit să permită unui pacient să „vorbească” folosind doar puterea gândului.
O reuşită de pionierat, realizată de cercetătorii de la Universitatea din Tel Aviv şi Centrul Medical Tel Aviv Sourasky (Spitalul Ichilov), a demonstrat potenţialul de vorbire al unei persoane folosind doar puterea gândului.
În cadrul unui experiment, un participant şi-a imaginat că pronunţă două silabe. Electrozii de adâncime implantaţi în creierul său au transmis semnalele electrice către un computer, care a vocalizat apoi silabele.
Aceste reuşite ar putea permite persoanelor care sunt complet paralizate - din cauza unor afecţiuni precum scleroza laterală amiotrofică (SLA), un AVC (accident vascular cerebral) al trunchiului cerebral sau leziuni cerebrale, să-şi recapete capacitatea de a vorbi în mod voluntar.
„Voluntarul din studiu este un pacient epileptic care a fost spitalizat pentru a fi supus unei rezecţii a focarului epileptic din creierul său”, explică într-un comunicat dr. Ariel Tankus de la Şcoala de Ştiinţe Medicale şi ale Sănătăţii a Universităţii din Tel Aviv şi de la Centrul Medical Tel Aviv Sourasky (Spitalul Ichilov),care a condus studiul.
„Pentru a face acest lucru trebuie, desigur, să localizăm mai întâi focarul, care este sursa 'scurtcircuitului' ce trimite unde electrice puternice prin creier", a explicat medicul.
El a mai precizat că, experimentul are în vedere un subset mai restrâns de pacienţi cu epilepsie care nu răspund bine la medicaţie şi necesită intervenţie neurochirurgicală, şi la un subset şi mai restrâns de pacienţi cu epilepsie al căror focar suspectat este localizat nu la suprafaţa cortexului ci adânc în creier.
Pentru a identifica locaţia exactă, trebuie implantaţi electrozi în structurile profunde ale creierului pacienţilor. Aceştia sunt apoi spitalizaţi, în aşteptarea următoarei crize.
„Atunci când are loc o criză, electrozii le vor spune neurologilor şi neurochirurgilor unde este focalizarea, permiţându-le să opereze cu precizie. Din punct de vedere ştiinţific, aceasta oferă o ocazie rară de a arunca o privire în profunzimile unui creier uman viu. Din fericire, pacientul cu epilepsie spitalizat la Ichilov a fost de acord să participe la experiment, care, în cele din urmă, ar putea ajuta persoanele complet paralizate să se exprime din nou prin vorbire artificială”, a mai precizat medicul.
În prima etapă a experimentului, cu electrozii de adâncime deja implantaţi în creierul pacientului, cercetătorii de la Universitatea din Tel Aviv i-au cerut acestuia să pronunţe cu voce tare două vocale: /a/ şi /e/.
Ei au înregistrat activitatea creierului în timp ce pacientul articula aceste sunete. Folosind învăţarea profundă şi învăţarea automată, cercetătorii au antrenat modele de inteligenţă artificială (AI) pentru a identifica celulele cerebrale specifice a căror activitate electrică indica dorinţa de a pronunţa cele două sunete (/a/ sau /e/).
Odată ce computerul a învăţat să recunoască modelul de activitate electrică asociat cu aceste două vocale în creierul pacientului, acesta a fost rugat să îşi imagineze doar că pronunţă /a/ şi /e/. Computerul a tradus apoi semnalele electrice şi a redat în consecinţă sunetele preînregistrate de /a/ sau /e/.
„Domeniul meu de cercetare se ocupă de codificarea şi decodificarea vorbirii, adică de modul în care celulele cerebrale individuale participă la procesul vorbirii - procesul vorbirii, auzul vorbirii şi imaginarea vorbirii sau <vorbirea în tăcere>”, spune dr. Tankus.
„În acest experiment, pentru prima dată în istorie, am reuşit să conectăm părţile de vorbire la activitatea celulelor individuale din regiunile creierului din care am înregistrat. Acest lucru ne-a permis să distingem între semnalele electrice care reprezintă sunetele /a/ şi /e/. În prezent, cercetarea noastră implică două elemente de bază ale vorbirii, două silabe.
„Desigur, ambiţia noastră este să ajungem la vorbirea completă, dar chiar şi două silabe diferite pot permite unei persoane complet paralizate să semnalizeze „da” şi „nu”.
De exemplu, în viitor va fi posibil să antrenăm un computer pentru un pacient cu SLA în stadiile incipiente ale bolii, în timp ce acesta încă mai poate vorbi.
Computerul ar învăţa să recunoască semnalele electrice din creierul pacientului, permiţându-i să interpreteze aceste semnale chiar şi după ce pacientul îşi pierde capacitatea de a-şi mişca muşchii. Şi acesta este doar un exemplu.
„Studiul nostru reprezintă un pas important către dezvoltarea unei interfeţe creier-computer care poate înlocui căile de control ale creierului pentru producerea vorbirii, permiţând persoanelor complet paralizate să comunice din nou în mod voluntar cu mediul înconjurător”, a explicat medicul din Israel.
Rezultatele acestui studiu au fost publicate în revista Neurosurgery.
Foto articol: Un pacient paralizat vorbeşte cu puterea gândurilor folosind interfaţa creier-computerStudiul oferă speranţă pentru persoanele complet paralizate de a comunica prin vorbire artificială. O imagine din experimentul neuroprotezei de vorbire (interfaţa de vorbire creier-computer) arată participantul care este complet tăcut, cu gura închisă, imaginându-şi că pronunţă o silabă. Laptopul „pronunţă” silabele în locul acestuia. Credit: Universitatea Tel Aviv, iulie 2024.
