Gubitak glasa ili sposobnost kucanja jednostavne poruke može značiti, za nekoga ko pati od teška paralizaOvo je mnogo više od fizičkog ograničenja: podrazumijeva smanjenje njihove autonomije, odnosa i, u velikoj mjeri, samih životnih planova. Posljednjih godina, neurotehnologija se fokusirala na ovaj problem, tražeći načine da ove osobe ponovo komuniciraju bez oslanjanja na spore i iscrpljujuće sisteme.
U tom kontekstu, američki istraživački tim je uspješno testirao implantabilni interfejs mozak-računar sposoban da transformiše pokrete prstiju u tekst na virtuelnoj tastaturi. Uređaj, koji je još uvijek u eksperimentalnoj fazi, testiran je na dvije osobe sa gotovo potpunom paralizom i postigao je brzinu kucanja i nivo tačnosti bliske onima kod osobe bez motoričkih invaliditeta.
Neuroproteza koja pretvara pokušaje kucanja u slova
Rad potpisuju naučnici iz Institut za neuroznanost Massachusetts General Brigham, u Bostonu, i od Brown Universitykoji godinama sarađuju u konzorcijumu BrainGate, inicijativi usmjerenoj na razvoj Interfejsi mozak-računar za osobe s paralizomNova studija, objavljena u naučnom časopisu Nature Neuroscience, opisuje neuroprotezicu za pisanje koja ne pomiče kursor, već se umjesto toga oslanja na konvencionalnu QWERTY tastaturu kao početnu tačku.
Da bi to postigli, istraživači implantiraju mikroelektrodni senzori u motornom korteksuRegija mozga uključena u kontrolu voljnih pokreta ruku i prstiju. Ove mikroelektrode detektuju električnu aktivnost koja se javlja kada osoba mentalno pokuša pomaknuti prste kako bi pritisnula tipku, iako tijelo ne može izvršiti gestu zbog povrede.
Ispred učesnika se prikazuje standardna QWERTY tastatura uz shematski prikaz prstiju. Svako slovo je povezano sa specifičnom kombinacijom položaja prstiju (na primjer, gore, dolje ili savijeno). Kada korisnik zamisli ove pokrete, elektrode prikupljaju neuralni signal i šalju ga računarskom sistemu koji... prevodi u tekstualne znakove.
Proces se tu ne zaustavlja: izlaz dekodera prolazi kroz prediktivni jezički modelSlično funkciji automatskog ispravljanja na mobilnim telefonima, pomaže u ispravljanju grešaka i dovršavanju riječi, tako da konačna rečenica bude koherentna i što vjernija pacijentovoj namjeri.
Dva pacijenta s teškom paralizom kao testni slučaj
Suđenje je provedeno s dvije osobe sa vrlo uznapredovala paralizaJedan učesnik sa uznapredovalom amiotrofičnom lateralnom sklerozom (ALS) i drugi sa povreda vratne kičmene moždine što je uzrokovalo da postane kvadriplegičan. Oboje su bili dio kliničkog programa BrainGate i dali su pristanak za testiranje nove neuroproteze za pisanje.
Nakon operacije implantacije mikroelektroda, volonteri su prošli kratku obuku za rad sa sistemom. Trajalo je otprilike 30 kalibracijskih fraza kako bi softver mogao prilagoditi svoje algoritme za dekodiranje neuronskim signalima svake osobe. Nakon toga, od njih je zatraženo da pišu poruke koristeći samo pokušaje pomicanja prstiju na virtualnoj tastaturi prikazanoj na ekranu.
Rezultati su bili izvanredni zbog brzine i tačnosti. Jedan od učesnika je dostigao maksimalnu brzinu od 110 znakova u minutiTo se prevodi u otprilike 22 riječi u minuti, sa stopom greške od 1,6%. Ta margina greške je slična onoj kod osobe koja kuca ručno na fizičkoj tastaturi ili na ekranu pametnog telefona.
Drugi volonter, koji je bolovao od uznapredovale ALS i zahtijevao mehaničku ventilaciju, također je uspio sastavljati razumljive rečenice kroz sistem, iako nešto sporijim tempom. U njegovom slučaju, značaj napretka je posebno značajan, s obzirom na to da je potpuno izgubio sposobnost govora i nije mogao koristiti konvencionalne asistivne tehnologije bez ogromnog napora.
Jedan posebno važan aspekt ispitivanja je to što su oba pacijenta bila u mogućnosti koristite uređaj u vlastitom domuI ne samo u strogo bolničkom ili laboratorijskom okruženju. Ovo ukazuje na to da bi se, s daljnjim razvojem, tehnologija mogla integrirati u svakodnevne sisteme podrške tako da oni koji pate od teške paralize mogu komunicirati od kuće s članovima porodice, njegovateljima ili zdravstvenim radnicima.
Zašto se ovaj interfejs razlikuje od trenutnih sistema
Danas se mnogi ljudi s paralizom koji zadržavaju određenu kontrolu nad očima oslanjaju na uređaji za praćenje pogledaOvi sistemi omogućavaju korisnicima da biraju slova ili ikone pomicanjem očiju po ekranu, ali, kako su sami pacijenti opisali, spori su, zamorni za korištenje i skloni greškama. U mnogim slučajevima, korisnici ih na kraju napuste zbog frustracije koju izazivaju.
BrainGateova neuroproteza koristi drugačiji pristup: umjesto praćenja pogleda ili pomicanja kursora mišlju, fokusira se na dešifrirati pokušaje pokreta prstima na tastaturi koja je poznata gotovo svakoj pismenoj osobi. Ova strategija ima dvije jasne prednosti: s jedne strane, omogućava nam da iskoristimo motoričku memoriju koju su mnogi pacijenti razvili tokom godina korištenja fizičkih tastatura; s druge strane, olakšava dosezanje veće brzine pisanja nego kod drugih augmentativnih komunikacijskih sistema.
Nadalje, upotreba algoritama vještačke inteligencije, kako za dekodiranje neuronskog signala tako i za jezički model, doprinosi poboljšanoj tačnosti bez potrebe za pretjeranim kognitivnim naporom od strane korisnika. Osoba ne mora "razmišljati o pojedinačnim slovima", već zamišljati kako pomiče prste kao što bi to činila da zapravo kuca.
Prema istraživačkom timu, ova kombinacija implantabilnih senzora, napredne obrade signala i jezičkih modela transformiše interfejsi mozak-računar u sve čvršćoj alternativi postojećim rješenjima, barem za određenu grupu pacijenata s teškom paralizom koji ne pronalaze adekvatan odgovor u konvencionalnim sistemima.
Uloga konzorcija BrainGate i buduće projekcije
Razvoj ove neuroproteze dio je rada konzorcija. BrainGateMeđunarodno udruženje za neuroznanost (INCAA), osnovano 2004. godine, okuplja neurologe, neuroznanstvenike, inženjere, informatičare, neurohirurge, matematičare i druge stručnjake iz različitih akademskih institucija. Njihov zajednički cilj je stvaranje tehnologija koje omogućavaju... povratiti izgubljene funkcije kod osoba s neurološkim bolestima, povredama kičmene moždine ili amputacijama.
Tokom protekle dvije decenije, BrainGate je u kontroliranim ispitivanjima pokazao da se interfejsi mozak-računar mogu koristiti za kontrolisati kursore, robotske ruke ili eksterne uređaje na osnovu moždane aktivnosti. Sada objavljeni napredak fokusira se posebno na pisanu komunikaciju, ključno područje za one koji su izgubili i sposobnost govora i sposobnost korištenja fizičke tastature.
Oni koji vode ispitivanje naglašavaju da je tehnologija još uvijek u fazi istraživanja. Ostaju pitanja poput sljedećih: trajnost implantata, stabilnost signala tokom vremena, mogući rizici povezani s operacijom, jednostavnost korištenja domaćih sistema ili njihova uklapanja u finansiranje zdravstvenih sistema, uključujući i evropske.
Čak i uz ove mjere opreza, tim vjeruje da uređaj otvara put za razvoj industrije u srednjoročnom periodu. komercijalne verzije neuroproteza prilagođeno pacijentima s različitim profilima paralize. Konzorcij naglašava da će saradnja između akademskih centara i kompanija biti ključna za prevođenje ovih eksperimentalnih rezultata u stvarna klinička rješenja.
Relevantnost za pacijente u Evropi i predstojeći izazovi
Iako je studija provedena u Sjedinjenim Američkim Državama, njen utjecaj je direktno relevantan za ljude sa ALS, povrede kičmene moždine ili moždani udar U Evropi, uključujući Španiju, gdje starenje stanovništva i porast neurodegenerativnih bolesti iz godine u godinu povećavaju potražnju za tehnologijama za pomoć u komunikaciji.
U zdravstvenim sistemima poput španskog, sa snažnom javnom komponentom, ovakvi razvoji se obično procjenjuju ne samo zbog svoje kliničke efikasnosti, već i zbog svoje isplativost i sposobnost integracije u mrežama neurološke rehabilitacije i kućnoj njezi. Mogućnost funkcioniranja interfejsa mozak-računar u kućnom okruženju ide u prilog njihovoj budućoj primjeni, pod uvjetom da se oprema pojednostavi, a komponente postanu jeftinije.
Gledajući u naredne godine, istraživači predlažu nekoliko područja za poboljšanje. Jedno od njih uključuje uvođenje prilagođene tastature ili sistemi za stenografiju koji omogućavaju još brže kucanje; drugi, da se iskoristi ista tehnologija kako bi se pokušali obnoviti pokreti dohvata i hvatanja kod osoba s paralizom gornjih ekstremiteta, koristeći već identificirane obrasce neuronske aktivnosti.
Također se govori o kombinovanju ovih interfejsa s drugim alatima za podršku, kao što su čitači ekrana, glasovni asistenti ili uređaji za kućnu automatizaciju, s ciljem izgradnje pristupačnija životna okruženja za one koji su u invalidskim kolicima ili im je potrebna stalna njega. Sve to s istom zajedničkom nit: ponovno povezivanje mozga osobe sa svijetom oko nje kada njeno tijelo prestane reagirati.
Uzevši sve u obzir, ovo novo kliničko ispitivanje pokazuje da implantabilni interfejs mozak-računar Može pružiti ljudima s teškom paralizom oblik pisane komunikacije koji je dovoljno brz, tačan i stabilan da se može koristiti u svakodnevnom životu, što je važan korak ka rješenjima koja ne samo da produžavaju život, već i omogućavaju ljudima da žive s većom autonomijom i sposobnošću povezivanja s drugima.