Strata hlasu alebo schopnosti napísať jednoduchú správu môže pre niekoho, kto trpí... ťažká paralýzaToto je oveľa viac než len fyzické obmedzenie: zahŕňa to zníženie ich autonómie, vzťahov a do veľkej miery aj samotných životných plánov. V posledných rokoch sa na tento problém zamerala neurotechnológia a hľadala spôsoby, ako by títo jedinci mohli opäť komunikovať bez toho, aby sa spoliehali na pomalé a vyčerpávajúce systémy.
V tejto súvislosti americký výskumný tím úspešne otestoval implantovateľné rozhranie mozog-počítač schopné transformovať pohyby prstov na text na virtuálnej klávesnici. Zariadenie, ktoré je stále v experimentálnej fáze, bolo testované na dvoch ľuďoch s takmer úplnou paralýzou a dosiahlo rýchlosť písania a úroveň presnosti blízku úrovni osoby bez motorického postihnutia.
Neuroprotéza, ktorá prekladá pokusy o písanie na písmená
Prácu podpísali vedci z Neurovedný inštitút Massachusettskej generálnej nemocnice Brigham, v Bostone a z Hnedá univerzitaktorí už roky spolupracujú v konzorciu BrainGate, iniciatíve zameranej na vývoj Rozhrania mozog-počítač pre ľudí s paralýzouNová štúdia, publikovaná vo vedeckom časopise Nature Neuroscience, opisuje neuroprotézu na písanie, ktorá nepohybuje kurzorom, ale namiesto toho sa spolieha na konvenčnú klávesnicu QWERTY ako východiskový bod.
Aby to dosiahli, výskumníci implantujú mikroelektródové senzory v motorickej kôreOblasť mozgu zapojená do riadenia vôľových pohybov rúk a prstov. Tieto mikroelektródy detekujú elektrickú aktivitu, ktorá vzniká, keď sa človek v duchu pokúša pohnúť prstami, aby stlačil kláves, aj keď telo kvôli poraneniu nedokáže gesto vykonať.
Pred účastníkom sa zobrazí štandardná klávesnica QWERTY sprevádzané schematickým znázornením prstov. Každé písmeno je spojené so špecifickou kombináciou polôh prstov (napríklad hore, dole alebo ohnuté). Keď si používateľ predstaví tieto pohyby, elektródy zhromaždia nervový signál a odošlú ho do počítačového systému, ktorý... prekladá sa do textových znakov.
Proces sa tým nekončí: výstup dekodéra prechádza cez prediktívny jazykový modelPodobne ako funkcia automatických opráv v mobilných telefónoch, pomáha opravovať chyby a dopĺňať slová tak, aby bola výsledná veta súvislá a čo najvernejšia zámeru pacienta.
Dvaja pacienti s ťažkou paralýzou ako testovací prípad
Súdny proces sa uskutočnil s dvoma osobami s veľmi pokročilá paralýzaJeden účastník s pokročilou amyotrofickou laterálnou sklerózou (ALS) a druhý s poranenie krčnej miechy čo spôsobilo jeho kvadruplegiu. Obaja boli súčasťou klinického programu BrainGate a dali súhlas s testovaním novej neuroprotézy na písanie.
Po operácii implantácie mikroelektród dobrovoľníci absolvovali krátke školenie o systéme. Trvalo približne 30 kalibračných fráz aby softvér mohol prispôsobiť svoje dekódovacie algoritmy neurálnym signálom každej osoby. Následne boli požiadaní, aby písali správy iba pomocou pokusov o pohyb prstov na virtuálnej klávesnici zobrazenej na obrazovke.
Výsledky boli pozoruhodné svojou rýchlosťou a presnosťou. Jeden z účastníkov dosiahol maximálnu rýchlosť 110 znakov za minútuTo sa prekladá na približne 22 slov za minútu s mierou chybovosti slov 1,6 %. Táto miera chyby je podobná ako u osoby, ktorá píše ručne na fyzickej klávesnici alebo na obrazovke smartfónu.
Druhý dobrovoľník, ktorý trpel pokročilou ALS a potreboval mechanickú ventiláciu, tiež uspel. tvoriť zrozumiteľné vety prostredníctvom systému, aj keď o niečo pomalším tempom. V jeho prípade je význam pokroku obzvlášť pozoruhodný, keďže úplne stratil schopnosť hovoriť a nemohol používať konvenčné asistenčné technológie bez obrovského úsilia.
Jedným obzvlášť dôležitým aspektom štúdie je, že obaja pacienti boli schopní používať zariadenie vo vlastnej domácnostiA to nielen v striktne nemocničnom alebo laboratórnom prostredí. To naznačuje, že s ďalším vývojom by sa táto technológia mohla integrovať do každodenných podporných systémov, aby ľudia trpiaci ťažkou paralýzou mohli komunikovať z domu s rodinnými príslušníkmi, opatrovateľmi alebo zdravotníckymi pracovníkmi.
Prečo sa toto rozhranie líši od súčasných systémov
Dnes sa mnoho ľudí s paralýzou, ktorí si zachovávajú určitú kontrolu zraku, spolieha na zariadenia na sledovanie očíTieto systémy umožňujú používateľom vyberať písmená alebo ikony pohybom očí po obrazovke, ale ako opisujú samotní pacienti, sú pomalé, únavné na používanie a náchylné na chyby. V mnohých prípadoch ich používatelia nakoniec opustia kvôli frustrácii, ktorú spôsobujú.
Neuroprotéza od BrainGate má iný prístup: namiesto sledovania pohľadu alebo pohybu kurzora myšlienkami sa zameriava na... dekódovať pokusy o pohyb prstov na klávesnici, ktorá je známa takmer každému gramotnému človeku. Táto stratégia má dve jasné výhody: na jednej strane nám umožňuje využiť motorickú pamäť, ktorú si mnohí pacienti vyvinuli v priebehu rokov používania fyzických klávesníc; na druhej strane uľahčuje dosah vyššie rýchlosti zápisu než v iných augmentatívnych komunikačných systémoch.
Okrem toho, použitie algoritmov umelej inteligencie, a to ako na dekódovanie neurónového signálu, tak aj pre jazykový model, prispieva k zlepšeniu presnosti bez toho, aby to vyžadovalo nadmerné kognitívne úsilie od používateľa. Osoba nemusí „myslieť na jednotlivé písmená“, ale skôr si predstavuje, ako pohybuje prstami, ako keby skutočne písala.
Podľa výskumného tímu táto kombinácia implantovateľných senzorov, pokročilého spracovania signálu a jazykových modelov transformuje rozhrania mozog-počítač v čoraz solídnejšou alternatívou k existujúcim riešeniam, aspoň pre špecifickú skupinu pacientov s ťažkou paralýzou, ktorí nenachádzajú adekvátnu odpoveď v konvenčných systémoch.
Úloha konzorcia BrainGate a budúce prognózy
Vývoj tejto neuroprotézy je súčasťou práce konzorcia BrainGateMedzinárodná neurovedná asociácia (INCAA), založená v roku 2004, združuje neurológov, neurovedcov, inžinierov, informatikov, neurochirurgov, matematikov a ďalších špecialistov z rôznych akademických inštitúcií. Ich spoločným cieľom je vytvárať technológie, ktoré umožňujú... obnoviť stratené funkcie u ľudí s neurologickými ochoreniami, poraneniami miechy alebo amputáciami.
Počas uplynulých dvoch desaťročí spoločnosť BrainGate v kontrolovaných štúdiách preukázala, že rozhrania mozog-počítač sa dajú použiť na... ovládať kurzory, robotické ramená alebo externé zariadenia na základe mozgovej aktivity. Práve publikovaný pokrok sa zameriava konkrétne na písomnú komunikáciu, kľúčovú oblasť pre tých, ktorí stratili schopnosť hovoriť aj používať fyzickú klávesnicu.
Tí, ktorí sú zodpovední za testovanie, zdôrazňujú, že technológia je stále vo fáze výskumu. Zostávajú ešte zodpovedať otázky, ako napríklad: trvanlivosť implantátov, stabilita signálov v priebehu času, možné riziká spojené s chirurgickým zákrokom, jednoduchosť používania domácich systémov alebo ich zaradenie do financovania zdravotníckych systémov vrátane európskych.
Aj napriek týmto opatreniam sa tím domnieva, že zariadenie otvára cestu pre rozvoj tohto odvetvia v strednodobom horizonte. komerčné verzie neuroprotéz prispôsobené pacientom s rôznymi profilmi paralýzy. Konzorcium zdôrazňuje, že spolupráca medzi akademickými centrami a spoločnosťami bude kľúčová pre premenu týchto experimentálnych výsledkov do reálnych klinických riešení.
Relevantnosť pre pacientov v Európe a nadchádzajúce výzvy
Hoci sa štúdia uskutočnila v Spojených štátoch, jej vplyv je priamo relevantný pre ľudí s ALS, poranenia miechy alebo mozgová príhoda V Európe vrátane Španielska, kde starnutie populácie a nárast neurodegeneratívnych ochorení rok čo rok zvyšujú dopyt po technológiách na podporu komunikácie.
V systémoch zdravotnej starostlivosti, ako je španielsky, so silnou verejnou zložkou, sa tieto typy vývoja zvyčajne hodnotia nielen z hľadiska klinickej účinnosti, ale aj z hľadiska ich nákladová efektívnosť a jej schopnosť integrácie v neurologických rehabilitačných sieťach a domácej starostlivosti. Možnosť fungovania rozhraní mozog-počítač v domácom prostredí podporuje ich budúce prijatie za predpokladu, že sa zariadenie zjednoduší a komponenty zlacnia.
Výskumníci s výhľadom do nasledujúcich rokov navrhujú niekoľko oblastí na zlepšenie. Jednou z nich je zavedenie vlastné klávesnice alebo stenografické systémy ktoré umožňujú ešte rýchlejšie písanie; ďalší, využiť tú istú technológiu na pokus o obnovenie pohybov dosahovania a uchopenia u ľudí s paralýzou horných končatín s využitím už identifikovaných vzorcov neurálnej aktivity.
Hovorí sa aj o kombinácii týchto rozhraní s inými podpornými nástrojmi, ako sú čítačky obrazovky, hlasoví asistenti alebo zariadenia domácej automatizácie, s cieľom vybudovať prístupnejšie životné prostredie pre tých, ktorí sú odkázaní na invalidný vozík alebo potrebujú nepretržitú starostlivosť. To všetko s rovnakým spoločným prvkom: opätovné prepojenie mozgu človeka s okolitým svetom, keď jeho telo prestane reagovať.
Celkovo táto nová klinická štúdia dokazuje, že implantovateľné rozhranie mozog-počítač Môže ľuďom s ťažkou paralýzou poskytnúť formu písomnej komunikácie, ktorá je dostatočne rýchla, presná a stabilná na to, aby sa dala používať v každodennom živote, čo je dôležitý krok k riešeniam, ktoré nielen predlžujú život, ale tiež umožňujú ľuďom žiť s väčšou autonómiou a schopnosťou nadväzovať vzťahy s ostatnými.