Balso praradimas arba gebėjimo parašyti paprastą žinutę praradimas gali reikšti žmogui, kenčiančiam nuo... sunkus paralyžiusTai daug daugiau nei fizinis apribojimas: tai reiškia, kad sumažėja jų autonomija, santykiai ir, didele dalimi, patys gyvenimo planai. Pastaraisiais metais neurotechnologijos daugiausia dėmesio skyrė šiai problemai, ieškodamos būdų, kaip šie asmenys galėtų vėl bendrauti, nepasikliaujant lėtomis ir varginančiomis sistemomis.
Šiame kontekste JAV tyrėjų komanda sėkmingai išbandė implantuojama smegenų ir kompiuterio sąsaja galintis pirštų judesius paversti tekstu virtualioje klaviatūroje. Įrenginys, kuris vis dar yra eksperimentinėje fazėje, buvo išbandytas su dviem žmonėmis, kuriems buvo beveik visiškas paralyžius, ir pasiekė spausdinimo greitį bei tikslumą, artimą žmogaus be motorinių negalių rodikliams.
Neuroprotezė, kuri bandymus spausdinti paverčia raidėmis
Darbą pasirašė mokslininkai iš Neuromokslų institutas, Masačusetso generolas Brigamas, Bostone ir Browno universitetaskurie jau daugelį metų bendradarbiauja „BrainGate“ konsorciume – iniciatyvoje, skirtoje vystyti Smegenų ir kompiuterio sąsajos paralyžiumi sergantiems žmonėmsNaujajame tyrime, paskelbtame moksliniame žurnale „Nature Neuroscience“, aprašomas rašymo neuroprotezas, kuris nejudina žymeklio, o veikiau remiasi įprasta QWERTY klaviatūra.
Norėdami tai pasiekti, tyrėjai implantuoja Mikroelektrodiniai jutikliai motorinėje žievėjeSmegenų regionas, atsakingas už valingus rankų ir pirštų judesius. Šie mikroelektrodai aptinka elektrinį aktyvumą, kuris atsiranda, kai žmogus mintyse bando pajudinti pirštus, norėdamas paspausti klavišą, net jei dėl traumos kūnas negali atlikti gesto.
Priešais dalyvį rodomas standartinė QWERTY klaviatūra kartu su scheminiu pirštų vaizdu. Kiekviena raidė susieta su konkrečiu pirštų padėčių deriniu (pavyzdžiui, aukštyn, žemyn arba sulenkti). Kai vartotojas įsivaizduoja šiuos judesius, elektrodai surenka nervinį signalą ir siunčia jį į kompiuterinę sistemą, kuri... verčia į teksto simbolius.
Procesas tuo nesibaigia: dekoderio išvestis pereina per nuspėjamosios kalbos modelisPanašiai kaip automatinio taisymo funkcija mobiliuosiuose telefonuose, ji padeda ištaisyti klaidas ir užbaigti žodžius, kad galutinis sakinys būtų rišlus ir kuo ištikimesnis paciento ketinimams.
Du pacientai, kuriems buvo sunkus paralyžius kaip bandomasis atvejis
Tyrimas buvo atliktas su dviem asmenimis, turinčiais labai pažengusi paralyžiusVienas dalyvis sirgo pažengusia amiotrofine lateraline skleroze (ALS), o kitas – gimdos kaklelio nugaros smegenų pažeidimas dėl kurios jam išsivystė kvadriplegija. Abu jie dalyvavo „BrainGate“ klinikinėje programoje ir davė sutikimą išbandyti naują rašymo neuroprotezę.
Po mikroelektrodų implantavimo operacijos savanoriai trumpai apmokyti naudotis sistema. Tai truko maždaug 30 kalibravimo frazių kad programinė įranga galėtų pritaikyti savo dekodavimo algoritmus kiekvieno žmogaus nerviniams signalams. Tada jų buvo paprašyta rašyti žinutes, naudojant tik bandymus judinti pirštus ekrane rodomoje virtualioje klaviatūroje.
Rezultatai buvo įspūdingi dėl savo greičio ir tikslumo. Vienas iš dalyvių pasiekė maksimalų greitį 110 simbolių per minutęTai reiškia maždaug 22 žodžius per minutę, o žodžių klaidų lygis yra 1,6 %. Ši klaidų riba yra panaši į tą, kurią patiria žmogus, rašantis ranka fizine klaviatūra arba išmaniojo telefono ekrane.
Antrajam savanoriui, sergančiam pažengusia ALS forma ir kuriam reikėjo dirbtinės plaučių ventiliacijos, taip pat pavyko. suformuluoti suprantamus sakinius per sistemą, nors ir kiek lėčiau. Jo atveju pažangos svarba ypač svarbi, nes jis buvo visiškai praradęs gebėjimą kalbėti ir negalėjo naudotis įprastomis pagalbinėmis technologijomis be didelių pastangų.
Ypač svarbus tyrimo aspektas yra tas, kad abu pacientai galėjo naudokite įrenginį savo namuoseIr ne tik ligoninės ar laboratorijos aplinkoje. Tai rodo, kad toliau tobulinant šią technologiją, ji galėtų būti integruota į kasdienes palaikymo sistemas, kad sergantieji sunkiu paralyžiumi galėtų bendrauti namuose su šeimos nariais, globėjais ar sveikatos priežiūros specialistais.
Kodėl ši sąsaja skiriasi nuo dabartinių sistemų
Šiandien daugelis paralyžiumi sergančių žmonių, kurie išlaiko tam tikrą akių kontrolę, pasikliauja akių sekimo įrenginiaiŠios sistemos leidžia vartotojams pasirinkti raides ar piktogramas judinant akis ekrane, tačiau, kaip aprašė patys pacientai, jos yra lėtos, varginančios naudoti ir linkusios daryti klaidas. Daugeliu atvejų vartotojai dėl keliamo nusivylimo jas palieka.
„BrainGate“ neuroprotezė taiko kitokį požiūrį: užuot sekusi žvilgsnį ar mintimis judinusi žymeklį, ji sutelkia dėmesį į iššifruoti pirštų judesių bandymus klaviatūroje, kuri pažįstama beveik kiekvienam raštingam asmeniui. Ši strategija turi du aiškius privalumus: viena vertus, ji leidžia mums pasinaudoti motorine atmintimi, kurią daugelis pacientų išsiugdė per daugelį metų naudodami fizines klaviatūras; kita vertus, ji palengvina pasiekimą didesnis rašymo greitis nei kitų papildinių komunikacijos sistemų.
Be to, dirbtinio intelekto algoritmų naudojimas tiek neuroniniam signalui dekoduoti, tiek kalbos modeliui padeda pagerinti tikslumą, nereikalaujant iš vartotojo didelių kognityvinių pastangų. Žmogui nereikia „galvoti apie atskiras raides“, o tiesiog įsivaizduoti, kaip judina pirštus taip, lyg iš tikrųjų rašytų.
Pasak tyrėjų komandos, šis implantuojamų jutiklių, pažangaus signalo apdorojimo ir kalbos modelių derinys transformuoja smegenų ir kompiuterio sąsajos kaip vis patikimesnė alternatyva esamiems sprendimams, bent jau konkrečiai pacientų grupei, sergančiai sunkiu paralyžiumi, kuriems įprastos sistemos neranda tinkamo atsako.
„BrainGate“ konsorciumo vaidmuo ir ateities prognozės
Šios neuroprotezės kūrimas yra konsorciumo darbo dalis. „BrainGate“Tarptautinė neuromokslų asociacija (INCAA), įkurta 2004 m., vienija neurologus, neurologus, inžinierius, kompiuterių mokslininkus, neurochirurgus, matematikus ir kitus specialistus iš įvairių akademinių institucijų. Jų bendras tikslas – kurti technologijas, kurios leistų... atkurti prarastas funkcijas žmonėms, sergantiems neurologinėmis ligomis, patyrusiems nugaros smegenų traumas ar amputacijas.
Per pastaruosius du dešimtmečius „BrainGate“ kontroliuojamuose bandymuose įrodė, kad smegenų ir kompiuterio sąsajos gali būti naudojamos valdyti žymeklius, robotines rankas ar išorinius įrenginius pagrįstas smegenų veikla. Dabar paskelbtame tyrime daugiausia dėmesio skiriama rašytiniam bendravimui – tai yra pagrindinė sritis tiems, kurie prarado ir gebėjimą kalbėti, ir gebėjimą naudotis fizine klaviatūra.
Tyrimo vadovai pabrėžia, kad technologija vis dar yra tyrimų etape. Dar reikia išspręsti tokius klausimus kaip: implantų patvarumas, signalų stabilumas laikui bėgant, galima su chirurgija susijusi rizika, vietinių sistemų naudojimo paprastumas ar jų atitikimas sveikatos sistemų, įskaitant Europos sistemas, finansavimui.
Net ir imantis šių atsargumo priemonių, komanda mano, kad šis įrenginys atveria kelią pramonei vystytis vidutinės trukmės laikotarpiu. komercinės neuroprotezų versijos pritaikyta pacientams, turintiems skirtingus paralyžiaus profilius. Konsorciumas pabrėžia, kad akademinių centrų ir įmonių bendradarbiavimas bus labai svarbus siekiant šiuos eksperimentinius rezultatus paversti realiais klinikiniais sprendimais.
Aktualumas pacientams Europoje ir artėjantys iššūkiai
Nors tyrimas buvo atliktas Jungtinėse Amerikos Valstijose, jo poveikis yra tiesiogiai susijęs su žmonėmis, turinčiais . ALS, nugaros smegenų pažeidimai ar insultas Europoje, įskaitant Ispaniją, kur senstanti visuomenė ir daugėjant neurodegeneracinių ligų, komunikacijos pagalbos technologijų poreikis kasmet didėja.
Sveikatos priežiūros sistemose, tokiose kaip Ispanijos, kuriose didelis viešasis komponentas, tokio tipo pokyčiai paprastai vertinami ne tik dėl jų klinikinio veiksmingumo, bet ir dėl jų ekonomiškumas ir gebėjimas integruoti neurologinės reabilitacijos tinkluose ir namų priežiūroje. Smegenų ir kompiuterių sąsajų veikimo namų aplinkoje galimybė skatina jų diegimą ateityje, su sąlyga, kad įranga bus supaprastinta, o komponentai atpigs.
Žvelgdami į ateinančius metus, tyrėjai siūlo keletą tobulintinų sričių. Viena iš jų – įdiegti nestandartinių klaviatūrų arba stenografijos sistemų kurie leidžia dar greičiau spausdinti; kitas – pasinaudoti ta pačia technologija, siekiant atkurti siekimo ir suėmimo judesius žmonėms, sergantiems viršutinės galūnės paralyžiumi, naudojant jau nustatytus nervinio aktyvumo modelius.
Taip pat kalbama apie šių sąsajų derinimą su kitomis pagalbinėmis priemonėmis, tokiomis kaip ekrano skaitytuvai, balso asistentai ar namų automatikos įrenginiai, siekiant sukurti prieinamesnė gyvenamoji aplinka tiems, kurie naudojasi neįgaliojo vežimėliu arba kuriems reikalinga nuolatinė priežiūra. Visa tai turi tą patį bendrą tikslą: žmogaus smegenų sujungimas su jį supančiu pasauliu, kai jo kūnas nustoja reaguoti.
Apibendrinant, šis naujas klinikinis tyrimas rodo, kad a implantuojama smegenų ir kompiuterio sąsaja Tai gali suteikti žmonėms, sergantiems sunkiu paralyžiumi, rašytinio bendravimo formą, kuri yra greita, tiksli ir pakankamai stabili, kad būtų galima naudoti kasdieniame gyvenime, o tai yra svarbus žingsnis link sprendimų, kurie ne tik prailgina gyvenimą, bet ir leidžia žmonėms gyventi su didesne autonomija ir gebėjimu bendrauti su kitais.