Ο πρώτος στο είδος του υπολογιστής εγκεφάλου βοηθά άνδρα με ALS να μιλήσει σε πραγματικό χρόνο

Το σύστημα μετέφρασε τα νευρωνικά σήματα του συμμετέχοντα σε ομιλία που αναπαράγεται μέσω ενός ηχείου πολύ γρήγορα, μέσα σε ένα τεσσαρακοστό του δευτερολέπτου.

Θα μπορούσε να είναι μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις στην ιατρική επιστήμη και τεχνολογία, η πρόσφατα αναπτυγμένη ερευνητική διεπαφή εγκεφάλου - υπολογιστή, που αποκαθιστά τη φωνή ανθρώπων που έχουν χάσει την ικανότητα ομιλίας.

Η ομάδα από το Πανεπιστήμιο Ντέιβις της Καλιφόρνια επέδειξε με επιτυχία αυτή τη νέα τεχνολογία, η οποία μπορεί να μεταφράσει

Σύμφωνα με λεπτομέρειες, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature, ο συμμετέχων στη μελέτη, ο οποίος πάσχει από αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS), μίλησε μέσω υπολογιστή με την οικογένειά του σε πραγματικό χρόνο, άλλαξε τον τόνο της φωνής του και «τραγούδησε» απλές μελωδίες.

«Η μετατροπή της νευρωνικής δραστηριότητας σε κείμενο, όπως λειτουργεί προηγούμενη διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή, είναι παρόμοια με την ανταλλαγή μηνυμάτων κειμένου. Σαφώς είναι μια βελτιωμένη έκδοση συγκριτικά με τις τυπικές υποστηρικτικές τεχνολογίες, αλλά εξακολουθεί να οδηγεί σε καθυστερημένη συνομιλία. Συγκριτικά, αυτή η νέα σύνθεση φωνής σε πραγματικό χρόνο μοιάζει περισσότερο με μια φωνητική κλήση», δήλωσε ο Sergey Stavisky, κύριος συγγραφέας της εργασίας.

Η συγκεκριμένη ερευνητική διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια της κλινικής δοκιμής BrainGate2 στο UC Davis Health. Αποτελείται από τέσσερις συστοιχίες μικροηλεκτροδίων που εμφυτεύονται χειρουργικά στην περιοχή του εγκεφάλου, η οποία είναι υπεύθυνη για την παραγωγή λόγου.

«Το κύριο εμπόδιο στη σύνθεση φωνής σε πραγματικό χρόνο ήταν ότι δεν γνωρίζαμε τον ακριβή χρόνο και τρόπο με τον οποίο το άτομο με απώλεια ομιλίας προσπαθεί να μιλήσει. Οι δικοί μας αλγόριθμοι αντιστοιχίζουν τη νευρωνική δραστηριότητα στους επιθυμητούς ήχους σε κάθε χρονική στιγμή. Αυτό καθιστά δυνατή τη σύνθεση αποχρώσεων στην ομιλία και δίνει στον συμμετέχοντα τον έλεγχο του ρυθμού της φωνής του BCI», πρόσθεσε η Maitreyee Wairagkar, πρώτη συγγραφέας της μελέτης.

Το σύστημα μετέφρασε τα νευρωνικά σήματα του συμμετέχοντα σε ομιλία που αναπαράγεται μέσω ενός ηχείου πολύ γρήγορα σε ένα τεσσαρακοστό του δευτερολέπτου. Οι ερευνητές απέδωσαν τη μικρή καθυστέρηση στην ίδια
καθυστέρηση που βιώνει ένα άτομο όταν μιλάει και ακούει τον ήχο της δικής του φωνής.

Η τεχνολογία επέτρεψε επίσης στον συμμετέχοντα να πει καινούργιες λέξεις (που δεν ήταν ήδη γνωστές στο σύστημα) και να παρεμβαίνει. Μπορούσε να διαμορφώνει τον τόνο της φωνής του υπολογιστή για να θέσει μια ερώτηση ή να τονίσει συγκεκριμένες λέξεις σε μια πρόταση.

Οι αλγόριθμοι για το νέο σύστημα εκπαιδεύτηκαν με δεδομένα που συλλέχθηκαν ενώ ο συμμετέχοντας προσπαθούσε να πει τις προτάσεις που του εμφανίζονταν σε μια οθόνη υπολογιστή. Αυτό έδωσε στους ερευνητές πληροφορίες σχετικά με το τι προσπαθούσε να πει.

Η νευρωνική δραστηριότητα έδειξε τα μοτίβα πυροδότησης εκατοντάδων νευρώνων, τα οποία οι ερευνητές ευθυγράμμισαν με τους ήχους που προσπαθούσε να παράγει ο συμμετέχων εκείνη τη στιγμή. Αυτό βοήθησε τον αλγόριθμο να μάθει να ανακατασκευάζει με ακρίβεια τη φωνή του συμμετέχοντα μόνο από τα νευρωνικά του σήματα.

«Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας παρέχουν ελπίδα σε άτομα που θέλουν να μιλήσουν αλλά δεν μπορούν. Δείξαμε πώς ένας παράλυτος άνδρας ενδυναμώθηκε ώστε να μιλήσει με μια τεχνητή εκδοχή της φωνής του. Αυτού του είδους η τεχνολογία θα μπορούσε να είναι μετασχηματιστική για άτομα που ζουν με παράλυση».

Οι ερευνητές σημειώνουν ότι «αν και τα ευρήματα είναι πολλά υποσχόμενα, οι νευροπροθέσεις που επιτρέπουν την επικοινωνία μεταξύ εγκεφάλου και φωνής παραμένουν σε πρώιμο στάδιο. Ένας βασικός περιορισμός είναι ότι η έρευνα πραγματοποιήθηκε με έναν μόνο συμμετέχοντα με ALS. Θα είναι κρίσιμο να αναπαραχθούν αυτά τα αποτελέσματα με περισσότερους συμμετέχοντες».