Protezas kalbai

Daugiau nei aštuonerius metus Erikas Ramsey buvo įstrigęs savo kūne. Būdamas 16 metų Ramsey po automobilio avarijos patyrė smegenų kamieno traumą, dėl kurios jis turėjo būklę, vadinamą uždarojo sindromu. Skirtingai nuo kitų paralyžiaus formų, užrakinti pacientai vis tiek jaučia pojūčius, tačiau negali judėti patys ir negali valdyti sudėtingų balso raumenų, reikalingų kalbėti. Ramsey atveju jo akys yra vienintelė komunikacijos priemonė: į dangų – taip, žemyn – už ne.

Kalbėdamas: Bostono universiteto mokslininkai kuria kalbos protezą, kuris vieną dieną gali paversti mintį ištartu žodžiu žmonėms, turintiems tam tikrų su kalbos sutrikimų. Komanda nuskenavo paralyžiuoto paciento smegenis ir nustatė, kad smegenų motorinėje srityje, dalyvaujančioje kalboje (tarp raudonos ir geltonos linijos), tam tikros sritys šviečia (oranžinė) pagal įvairius garsus, kuriuos pacientas psichiškai ištaria.

Dabar Bostono universiteto mokslininkai kuria smegenų skaitymo programinę įrangą, kuri iš esmės mintis paverčia kalba. Kartu su kalbos sintezatoriumi tokia smegenų ir mašinų sąsajos technologija leido Ramsey vokalizuoti balses realiu laiku – tai didžiulis žingsnis link Ramsey ir kitų pacientų, turinčių paralyžiuojančių kalbos sutrikimų, visiškos kalbos atkūrimo. Mokslininkai kasmet pristato savo darbus Amerikos akustinė draugija susitikimas Paryžiuje šią savaitę.

Kyla klausimas, ar galime gauti pakankamai informacijos, kuri sukurtų suprantamą kalbą? klausia Philipas Kennedy Neuroniniai signalai , smegenų ir kompiuterio sąsajos kūrėjas, įsikūręs Atlantoje. Manau, kad šiuo metu yra teisinga išeitis.

Kennedy ir Frankas Guentheris , Bostono universiteto Kognityvinių ir nervų sistemų katedros docentas, pastaruosius trejus metus dekodavo Ramsey smegenų veiklą per nuolatinį elektrodą, implantuotą po jo smegenų paviršiumi, srityje, kuri kontroliuoja burnos, lūpų, ir žandikaulio. Įprasto seanso metu komanda paprašo Ramsey mintyse pasakyti tam tikrą garsą, pvz., oho arba ah. Kai jis kartoja garsą galvoje, elektrodas paima vietinius nervinius signalus, kurie belaidžiu būdu siunčiami į kompiuterį. Tada programinė įranga analizuoja tuos signalus, ieškodama bendrų modelių, kurie greičiausiai reiškia tą konkretų garsą.

Programinė įranga skirta paversti nervinę veiklą vadinamaisiais formantiniais dažniais, balso trakto rezonansiniais dažniais. Pavyzdžiui, jei jūsų burna plačiai atverta, o liežuvis prispaustas prie burnos dugno, orui tekant sukuriamas tam tikras garso dažnis, pagrįstas balso raumenų padėtimi. Skirtinga raumenų padėtis sukuria skirtingą dažnį. Guentheris išmokė kompiuterį atpažinti nervinių signalų modelius, susijusius su specifiniais burnos, žandikaulio ir lūpų judesiais. Tada jis išvertė šiuos signalus į koreliuojančius garso dažnius ir užprogramavo garso sintezatorių, kad šie dažniai būtų grąžinami per garsiakalbį garso forma.

Iki šiol Guentheris ir Kennedy užprogramavo sintezatorių atkurti garsus per 50 milisekundžių – tai yra beveik akimirksniu – nuo ​​tada, kai Ramsey pirmą kartą juos išreiškė savo galvoje. Ši garso atkūrimo funkcija leido Ramsey protiškai ištarti balses, pirmiausia išgirsdamas jo pradinį posakį, tada pakoreguodamas savo minties garso atvaizdavimą, kad patobulintų kitą atkūrimą. Jonathanas Brumbergas, Guentherio laboratorijos doktorantas, sako, kad nors kiekvienas tyrimas buvo lėtas – tam reikia didelių Ramsey pastangų – rezultatai buvo daug žadantys. Šiuo metu jis gali gana gerai atlikti šiuos balsių garsus, sako Brumbergas. Dabar esame gana įsitikinę, kad tą patį galima padaryti su priebalsiais.

Tačiau, kadangi priebalsių yra keturis kartus daugiau nei balsių, gali prireikti metų, kol komanda iššifruos visus garsus, jau nekalbant apie jų sujungimą, kad atpažintų ir sukurtų sklandžią kalbą. Brumbergas teigia, kad komandai gali prireikti implantuoti daugiau elektrodų tik liežuviui, lūpoms ar burnai skirtose srityse, kad gautų tikslų sudėtingesnių garsų, pavyzdžiui, priebalsių, vaizdą.

Elektrodas fiksuoja tik apie 56 skirtingus nervinius signalus, sako Brumbergas. Bet jūs turite pagalvoti: smegenyse yra milijardai ląstelių su trilijonais jungčių, o mes imame tik labai nedidelę dalį to, kas yra.

Komanda artimiausiu metu neplanuoja implantuoti Ramsey papildomų elektrodų. Tačiau Guentheris taip pat tiria neinvazinius metodus, kaip tirti įprastų savanorių kalbos gamybą. Jis ir Brumbergas nuskaito įprastų garsiakalbių smegenis naudodami funkcinį magnetinio rezonanso tomografiją (fMRI). Savanoriams atliekant įvairias užduotis, pavyzdžiui, vardijant paveikslėlius ir mintyse kartojant įvairius garsus bei žodžius, reaguodama į tai, užsidega aktyvios smegenų sritys.

Guentheris ir Brumbergas planuoja išanalizuoti šiuos nuskaitymus, ieškodami bendrų modelių, nustatydami konkrečius regionus, susijusius su tam tikrais garsais, siekdami vieną dieną implantuoti papildomus elektrodus šiuose regionuose. Tyrėjai teigia, kad signalų dekodavimas šiose srityse gali padėti išversti kalbą žmonėms, turintiems sutrikimų, tokių kaip uždarojo sindromo ir kitų formų paralyžius.

Pacientams, turintiems tam tikrų su kalba susijusių sutrikimų, atsirandančių iš periferinės nervų sistemos, šis metodas yra daug žadantis. Vincentas Gracco , McGill universiteto Kalbos, proto ir smegenų tyrimų centro direktorius. Yra galimybė suteikti naudingą bendravimo priemonę pacientams, kurių kalba neveikia, tokiais būdais, kurie nebuvo ištirti.

paslėpti