Cercetătorii de la Universitatea California din San Francisco (UCSF) au dezvoltat, în premieră pe plan mondial, o "neuroproteză pentru vorbire", care permite persoanelor cu paralizie severă să comunice prin fraze întregi cu cei din jur, prin traducerea semnalelor transmise dinspre creier către tractul vocal şi transpunerea lor în cuvinte care apar scrise pe un ecran.
Proiectul a fost descris într-un articol publicat recent în "New England Journal of Medicine".
Astfel, noua tehnologie a fost testată cu succes pe un pacient cu paralizie severă, primul participant în cadrul unui studiu clinic derulat în acest sens.
Tehnologia a fost dezvoltată după mai mult de un deceniu de eforturi depuse de o echipă condusă de neurochirurgul Edward Chang de la UCSF.
"După ştiinţa noastră, aceasta este prima demonstraţie reuşită a transpunerii complete în cuvinte a activităţii creierului în cazul unei persoane paralizate care nu poate vorbi", a explicat prof. Chang, citat de sciencedaily.com.
Cercetări anterioare în domeniul neuroproteticii s-au concentrat pe refacerea comunicării prin abordări bazate pe ortografie, ce presupun tastarea literelor pe rând pentru a forma un text - dar care presupune o perioadă mare de timp pentru transmiterea unei simple propoziţii.
Echipa condusă de prof. Chang a ales o abordare diferită, de a traduce în cuvinte semnalele transmise de creier către muşchii sistemului vocal.
"Prin vorbire, comunicăm informaţie foarte repede, cu până la 150 sau chiar 200 de cuvinte pe minut. A trece direct la cuvinte, aşa cum am încercat noi, reprezintă un mare avantaj, deoarece ne apropiem de modul normal în care vorbim", a explicat prof. Chan.
În ultimul deceniu, echipa de la UCSF a analizat, cu ajutorul unor electrozi plasaţi pe suprafaţa creierului, mai mulţi voluntari care au suferit intervenţii chirurgicale pe creier.
Voluntarii aveau o capacitate normală de vorbire, astfel că cercetătorii au putut detecta zonele creierului responsabile de controlul vorbirii şi tiparele activităţii corticale asociate cu mişcările tractului vocal pentru fiecare consoană şi vocală.
Ulterior, dr. David Moses, inginer în cadrul laboratorului condus de prof. Chang, a dezvoltat noi metode pentru decodarea în timp real a acestor tipare şi a creat modele statistice pentru a îmbunătăţi acurateţea tehnologiei.
În următoarea fază, în colaborare cu alţi cercetători, laboratorul condus de prof. Chang a lansat un stdiu clinic numit "BRAVO" (Brain-Computer Interface Restoration of Arm and Voice), iar primul participant la studiu a fost un bărbat cu vârsta de aproape 40 de ani care a suferit un accident vascular cerebral (AVC) cu peste 15 ani în urmă, în urma căruia a rămas paralizat.
Bărbatul avea doar o capacitate extrem de redusă de a mişca gâtul, capul şi membrele, iar comunicarea cu cei din jur se putea realiza doar prin indicarea, cu un fascicul luminos transmis de un dispozitiv ataşat de o şapcă pusă pe cap, a unor litere pe un ecran.
Pacientul a lucrat împreună cu echipa de cercetători pentru a crea un vocabular conţinând 50 de cuvinte pe care oamenii de ştiinţă să le poată recunoaşte din activitatea cerebrală folosind algoritmi informatici avansaţi.
Acest vocabular include cuvinte frecvent folosite, precum "apă", "familie" sau "bine", ceea ce permite crearea a sute de propoziţii care să poată exprima concepte utile în viaţa de zi cu zi.
În cadrul studiului, cercetătorii au implantat, prin intervenţie chirurgicală, o matrice de elecrozi cu densitate înaltă în regiunea creierului responsabilă de controlul vorbirii.
După 48 de sesiuni derulate în mai multe luni, în care cercetătorii au înregistrat semnalele creierului asociate cu fiecare încercare de a formula un cuvânt de către pacient, autorii studiului au reuşit să traducă semnalele creierului pacientului în propoziţii simple precum "Sunt bine" sau "Nu îmi este sete".
Potrivit cercetătorilor, tehnologia pe care au dezvoltat-o a fost capabilă să decodeze informaţia transmisă de creier într-un ritm de 18 cuvinte pe minut, cu o rată de acurateţe de până la 93% şi o rată mediană de 75%.
La această reuşită a contribuit şi un model de limbaj dezvoltat de cercetători cu o funcţie de autocorectare, similară funcţiilor disponibile în multe programe de calculator.
Echipa de cercetători urmează să testeze noua tehnologie pe alţi voluntari în cadrul studiului clinic BRAVO şi intenţionează să extindă, treptat, vocabularul de cuvinte pe care tehnologia să fie capabilă să le recunoască din activitatea creierului.
