Загубата на гласа или способността да напишете просто съобщение може да означава за някой, който страда от... тежка парализаТова е много повече от физическо ограничение: то включва намаляване на тяхната автономност, взаимоотношения и до голяма степен на самите им житейски планове. През последните години невротехнологиите се фокусират върху този проблем, търсейки начини тези хора да общуват отново, без да разчитат на бавни и изтощителни системи.
В този контекст, американски изследователски екип успешно е тествал имплантируем интерфейс мозък-компютър способно да трансформира движенията на пръстите в текст на виртуална клавиатура. Устройството, което все още е в експериментална фаза, е тествано върху двама души с почти пълна парализа и е постигнало скорост на писане и нива на точност, близки до тези на човек без двигателни увреждания.
Невропротеза, която преобразува опитите за писане в букви
Трудът е подписан от учени от Институт по неврология, Масачузетс, Генерал Бригъм, в Бостън и на Браун университеткоито от години си сътрудничат в консорциума BrainGate, инициатива, фокусирана върху разработването мозъчно-компютърни интерфейси за хора с парализаНовото проучване, публикувано в научното списание Nature Neuroscience, описва невропротеза за писане, която не движи курсора, а вместо това разчита на конвенционална QWERTY клавиатура като отправна точка.
За да постигнат това, изследователите имплантират микроелектродни сензори в моторната кораОбластта на мозъка, участваща в контролирането на волевите движения на ръцете и пръстите. Тези микроелектроди откриват електрическата активност, която възниква, когато човек мислено се опитва да движи пръстите си, за да натисне клавиш, въпреки че тялото не може да изпълни жеста поради нараняването.
Пред участника се показва стандартна QWERTY клавиатура придружено от схематично представяне на пръстите. Всяка буква е свързана със специфична комбинация от позиции на пръстите (например, нагоре, надолу или свити). Когато потребителят си представи тези движения, електродите събират невронния сигнал и го изпращат към компютърна система, която... превежда в текстови символи.
Процесът не спира дотук: изходът на декодера преминава през модел на предсказуем езикПодобно на функцията за автоматично коригиране на мобилните телефони, тя помага за коригиране на грешки и допълване на думи, така че крайното изречение да е съгласувано и възможно най-точно на намерението на пациента.
Двама пациенти с тежка парализа като тестов случай
Делото е проведено с двама души с много напреднала парализаЕдин участник с напреднала амиотрофична латерална склероза (АЛС) и друг с травма на шийния гръбначен мозък което е причинило квадриплегия у него. И двамата са били част от клиничната програма BrainGate и са дали съгласието си да тестват новата невропротеза за писане.
След операцията по имплантиране на микроелектроди, доброволците преминаха кратко обучение за работа със системата. Това отне приблизително 30 калибровъчни фрази така че софтуерът да може да настрои своите алгоритми за декодиране към невронните сигнали на всеки човек. Оттам те бяха помолени да пишат съобщения, използвайки само опитите си да движат пръстите си по виртуалната клавиатура, показана на екрана.
Резултатите бяха забележителни със своята скорост и точност. Един от участниците достигна максимална скорост от 110 знака в минутаТова се превежда на приблизително 22 думи в минута, с процент на грешки от 1,6%. Този марж на грешка е подобен на този на човек, който пише на ръка на физическа клавиатура или на екрана на смартфон.
Вторият доброволец, страдащ от напреднала амиотрофична латерална склероза (АЛС) и нуждаещ се от механична вентилация, също успя съставяйте разбираеми изречения чрез системата, макар и с малко по-бавно темпо. В неговия случай значението на напредъка е особено забележително, тъй като той напълно е загубил способността си да говори и не е можел да използва конвенционалните помощни технологии без огромни усилия.
Един особено важен аспект на проучването е, че и двамата пациенти са могли използвайте устройството в собствения си домИ не само в строго болнична или лабораторна обстановка. Това предполага, че с по-нататъшно развитие технологията би могла да бъде интегрирана в ежедневните системи за подкрепа, така че страдащите от тежка парализа да могат да комуникират от дома си с членове на семейството, болногледачи или здравни специалисти.
Защо този интерфейс е различен от настоящите системи
Днес много хора с парализа, които запазват известен контрол над очите, разчитат на устройства за проследяване на погледаТези системи позволяват на потребителите да избират букви или икони, като движат очите си по екрана, но, както самите пациенти описват, те са бавни, изморителни за използване и податливи на грешки. В много случаи потребителите в крайна сметка ги изоставят поради чувството на неудовлетвореност, което причиняват.
Невропротезата на BrainGate използва различен подход: вместо да проследява погледа или да движи курсора с мисъл, тя се фокусира върху... декодирайте опитите за движение на пръстите на клавиатура, позната на почти всеки грамотен човек. Тази стратегия има две ясни предимства: от една страна, тя ни позволява да се възползваме от моторната памет, която много пациенти са развили през годините на използване на физически клавиатури; от друга страна, тя улеснява достигането по-високи скорости на запис отколкото тези на други допълващи комуникационни системи.
Освен това, използването на алгоритми с изкуствен интелект, както за декодиране на невронния сигнал, така и за езиковия модел, допринася за подобрена точност, без да се изискват прекомерни когнитивни усилия от страна на потребителя. Човекът не е нужно да „мисли за отделни букви“, а по-скоро да си представя, че движи пръстите си, както би направил, ако наистина пишеше.
Според изследователския екип, тази комбинация от имплантируеми сензори, усъвършенствана обработка на сигнали и езикови модели трансформира интерфейси мозък-компютър във все по-солидна алтернатива на съществуващите решения, поне за специфична група пациенти с тежка парализа, които не намират адекватен отговор в конвенционалните системи.
Ролята на консорциума BrainGate и бъдещите прогнози
Разработването на тази невропротеза е част от работата на консорциума BrainGateМеждународната асоциация по неврология (INCAA), основана през 2004 г., обединява невролози, невролози, инженери, компютърни специалисти, неврохирурзи, математици и други специалисти от различни академични институции. Тяхната обща цел е да създадат технологии, които позволяват... възстановяване на загубени функции при хора с неврологични заболявания, травми на гръбначния мозък или ампутации.
През последните две десетилетия BrainGate е демонстрирал в контролирани проучвания, че интерфейсите мозък-компютър могат да се използват за... управлявайте курсори, роботизирани ръце или външни устройства базирано на мозъчната активност. Публикуваното вече проучване се фокусира специално върху писмената комуникация, ключова област за тези, които са загубили както способността си да говорят, така и способността си да използват физическа клавиатура.
Отговорниците за изпитването подчертават, че технологията все още е във фаза на изследване. Остават въпроси като следните, които трябва да бъдат решени: издръжливост на имплантите, стабилността на сигналите във времето, възможните рискове, свързани с хирургическата интервенция, лекотата на използване на местните системи или тяхното вписване във финансирането на здравните системи, включително европейските.
Дори и с тези предпазни мерки, екипът смята, че устройството открива път за развитие на индустрията в средносрочен план. търговски версии на невропротези адаптирани към пациенти с различни профили на парализа. Консорциумът подчертава, че сътрудничеството между академичните центрове и компаниите ще бъде ключово за превръщането на тези експериментални резултати в реални клинични решения.
Значение за пациентите в Европа и предстоящи предизвикателства
Въпреки че проучването е проведено в Съединените щати, неговото въздействие е пряко свързано с хората с ALS, травми на гръбначния мозък или инсулт В Европа, включително Испания, където застаряването на населението и увеличаването на невродегенеративните заболявания повишават търсенето на технологии за подпомагане на комуникацията година след година.
В здравни системи като испанската, със силен публичен компонент, тези видове разработки обикновено се оценяват не само по отношение на клиничната им ефективност, но и по отношение на тяхната икономическа ефективност и способността му да се интегрира в мрежите за неврологична рехабилитация и домашните грижи. Възможността за функциониране на интерфейсите мозък-компютър в домашна среда благоприятства бъдещото им приемане, при условие че оборудването бъде опростено и компонентите станат по-евтини.
С поглед към следващите години, изследователите предлагат няколко области за подобрение. Една от тях включва въвеждането на персонализирани клавиатури или стенографски системи които позволяват още по-бързо писане; друг, да се възползват от същата технология, за да се опитат да възстановят движенията на протягане и хващане при хора с парализа на горните крайници, използвайки вече идентифицираните модели на невронна активност.
Говори се и за комбиниране на тези интерфейси с други инструменти за поддръжка, като например екранни четци, гласови асистенти или устройства за домашна автоматизация, с цел изграждане по-достъпна среда за живот за тези, които са зависими от инвалидна количка или се нуждаят от непрекъснати грижи. Всичко това с една и съща обща нишка: възстановяване на връзката между мозъка на човека и света около него, когато тялото му е спряло да реагира.
Взети заедно, това ново клинично изпитване показва, че имплантируем интерфейс мозък-компютър Това може да даде на хората с тежка парализа форма на писмена комуникация, която е бърза, точна и достатъчно стабилна, за да се използва в ежедневието, което е важна стъпка към решения, които не само удължават живота, но и позволяват на хората да живеят с по-голяма автономност и способност да се свързват с другите.