Вчені розуміють слова паралізованого пацієнта за допомогою мозкових сигналів
Вчені застосували новий вид непроникаючого мікроелектрода, який сидить на вершині мозку, не тикаючи в нього. Ці електроди відомі як мікроЕкоГ, оскільки вони є меншою адаптацією великих електродів, що використовуються в електрокортикографії, або ЕкоГ, які були розроблені кілька десятиліть тому.
"Ми змогли декодувати вимовлені слова, використовуючи лише сигнали мозку, за допомогою пристрою, який обіцяє довгостроково використовувати паралізованим пацієнтам, які зараз не можуть говорити", - сказав Бредлі Грегер, доцент кафедри біоінженерії.
Доброволець, якому вже зробили краніотомію - тимчасове часткове видалення черепа, - намагаючись допомогти у важких епілептичних нападах, зголосився взяти участь у дослідженні. Вчені розмістили сітки мікроелектродів над мовними центрами його мозку - на моторній корі обличчя, яка контролює рухи м’язів, що беруть участь у розмові, а також на зоні Верніке, яка пов’язана з розумінням та розумінням мови.
Оскільки мікроелектроди насправді не пробивають мозкову речовину, вони вважаються безпечними для розміщення на мовних ділянках мозку. За допомогою цих мікроелектродів вчені змогли виявити та записати електричні сигнали мозку, що генеруються кількома тисячами нейронів або нервових клітин.
Після того, як волонтер неодноразово прочитав кожне з 10 слів, які могли б бути корисними для паралізованої людини - так, ні, жарко, холодно, голодно, спрагло, привіт, до побачення, все менше і менше - дослідники спробували з’ясувати, які сигнали мозку представляють кожен із 10 слів, аналізуючи зміни сили різних частот, що надходять з кожним нервовим сигналом.
Коли порівнювались будь-які два мозкові сигнали - наприклад, ті, що генеруються, коли чоловік вимовляв слова "так" і "ні" - вчені змогли відрізнити кожне слово від 76 відсотків до 90 відсотків часу.
Коли вчені використовували лише п'ять мікроелектродів на кожній 16-електродній сітці, які були найбільш точними для декодування сигналів мозку від моторної кори особи, їх точність у розрізненні слів зросла майже до 90 відсотків.
Однак, коли вчені розглянули всі 10 схем сигналів мозку одночасно, вони змогли правильно позначити кожне слово лише від 28 до 48 відсотків часу. Це було краще, ніж випадковість (10 відсотків), але ще не вважалося достатньо сильним.
"Це не означає, що проблема повністю вирішена, і ми всі можемо повернутися додому", - говорить Грегер. "Це означає, що це працює, і зараз нам потрібно вдосконалити його, щоб люди з синдромом" заблокованого "могли справді спілкуватися".
«Очевидний наступний крок - і це те, що ми робимо зараз - це зробити за допомогою більших мікроелектродних сіток. Ми можемо збільшити сітку, мати більше електродів і отримати величезну кількість даних з мозку, що, ймовірно, означає більше слів і кращу точність », - говорить Грегер.
«Це доказ концепції. Ми довели, що ці сигнали можуть сказати вам, що людина говорить значно вище шансів. Але ми повинні вміти робити більше слів із більшою точністю, перш ніж це дійсно може виявитися корисним для пацієнта », - додає він.
Оскільки метод потребує набагато більшого вдосконалення та передбачає накладення електродів на мозок, Грегер сподівається, що пройде кілька років, перш ніж відбудуться клінічні випробування на паралізованих людях, які не можуть говорити.
Однак є надія, що постійні дослідження в цій галузі з часом призведуть до бездротового пристрою, який може перетворити думки людини в вимовлені комп'ютером слова, говорить Грегер. Зараз єдиний спосіб, яким люди, які «заблоковані», можуть спілкуватися - це рух, наприклад, кліпаючи очима або злегка рухаючи рукою, або старанно вибираючи букви чи слова зі списку.
До колег з Університету штату Юта, які проводили дослідження разом з Грегером, були інженери-електрики Спенсер Келліс, докторант та Річард Браун, декан Інженерного коледжу; і Пол Хаус, доцент нейрохірургії. Іншим співавтором був Кай Міллер, невролог з Університету Вашингтона в Сіетлі.
Дослідження фінансували Національний інститут охорони здоров’я, Агентство оборонних дослідницьких проектів, Фонд досліджень університету штату Юта та Національний науковий фонд.
Журнал нейронної інженеріїУ вересневому номері буде опубліковано дослідження Грегера, яке показує можливість перекладу мозкових сигналів у комп’ютерні слова.
Джерело: Університет Юти
