Паралізована пацієнтка, якій вживили мозковий імплант, надрукувала “силою думки” рекордні 62 слова за хвилину (ВІДЕО)
06.02.2023
Поділитися
67-річній пацієнтці, яка добровільно погодилася взяти участь в експерименті Стенфордського університету, встановили мозковий імплант — після чого вона змогла видавати найпростіші фрази зі швидкістю 62 слова за хвилину (це втричі перевищує попередній рекордний показник).
Здатність до мовлення жінка втратила 8 років тому, після того, як їй встановили діагноз БАС (бічний аміотрофічний склероз, або хвороба Лу Геріга). Через прогресуючий параліч вона може видавати лише окремі звуки, а для спілкування використовує дошку для письма чи iPad.
Філіп Сабес, дослідник Каліфорнійського університету в Сан-Франциско, який не брав участі в проєкті, назвав результати дослідження “великим проривом” і сказав, що експериментальна технологія зчитування мозку готова залишити лабораторію і зовсім скоро зможе допомогти паралізованим людям відновити мовлення.
“Продуктивність, зазначена у статті, досягла рівня, якого бажали б багато людей, які не можуть говорити”, — каже Сабес.
Мовлення, навіть в епоху клавіатур і гаджетів з різноманітними емодзі, залишається найшвидшою формою спілкування між людьми. Люди без дефектів мови зазвичай говорять зі швидкістю близько 160 слів на хвилину.
Препринт команди зі Стенфордського університету привернув додаткову увагу у Twitter через смерть його співавтора Крішни Шеноя від раку підшлункової залози. Дослідник присвятив значну частину свого життя мозковим інтерфейсам, які спрямовані на підвищення швидкості комунікації. У 2019 році іншому пацієнту-волонтеру, з яким працював Шеной, вдалося використати свої думки, щоб друкувати зі швидкістю 18 слів на хвилину, що стало рекордним показником на той час.
Інтерфейси “мозок-комп’ютер”, з якими працює команда Шеноя, використовують невелику подушку з гострими електродами, вбудовану в моторну кору — область мозку людини, яка відповідає за координацію, планування і виконання добровільних свідомих рухів через їхні зв’язки. Це дозволяє дослідникам реєструвати активність кількох десятків нейронів одночасно і знаходити закономірності, що відображають рухи, про які думає людина, навіть якщо вона паралізована (у попередній роботі добровольців просили уявити рухи рук).
“Розшифровуючи” нейронні сигнали в режимі реального часу, імплантати дозволяють паралізованим керувати курсором по екрану, обирати літери на віртуальній клавіатурі, грати у відеоігри або навіть керувати роботизованою рукою.
У своєму новому дослідженні команда зі Стенфорда хотіла дізнатися, чи містять нейрони в моторній корі корисну інформацію про мовні рухи. Тобто, чи могли вони визначити, як пацієнт намагався рухати ротом та голосовими зв’язками, коли хотів заговорити?
Це невеликі, непомітні рухи, і, за словами Сабеса, найбільше відкриття полягає в тому, що лише кілька нейронів містять достатньо інформації, щоб дозволити комп’ютерній програмі дуже точно передбачити, які слова намагається сказати пацієнт.
Новий результат заснований на попередній роботі Едварда Чанга з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско, який писав, що мовлення включає найскладніші рухи, які здійснюють люди. Ми виштовхуємо повітря, додаємо вібрації, які роблять його чутним, і формуємо з нього слова ротом, губами та язиком. Щоб вимовити звук “ф”, ми кладемо верхні зуби на нижню губу і виштовхуємо повітря — це лише один з десятків рухів рота, необхідних для того, щоб заговорити.
Раніше Чанг використовував електроди, розміщені у верхній частині мозку, щоб дозволити пацієнту-волонтеру спілкуватися через комп’ютер, але дослідники зі Стенфорда кажуть, що їхня система більш точна і втричі-вчетверо швидша.
“Наші результати показують можливий шлях для відновлення спілкування людей з паралічем на швидкості, яка необхідна для розмови”, — написали дослідники, серед яких були Шеной і нейрохірург Джеймі Хендерсон.
Девід Мозес, який працює з командою Чанга, каже, що поточна робота досягає “нових показників ефективності, що вражають”. Але навіть попри те, що рекорди продовжують бити, за його словами, “важливо демонструвати стабільну та надійну продуктивність протягом багаторічних часових масштабів”. Будь-якому комерційному мозковому імплантату буде важко отримати схвалення регуляторів, особливо якщо з часом його точність та продуктивність падатиме.
Попереду, розробка складніших імплантів, та, ймовірно, їх тісніша інтеграція зі штучним інтелектом. Поточна система вже використовує кілька типів машинного навчання: щоб підвищити її точність використовувалось програмне забезпечення, яке передбачало, яке слово зазвичай йде наступним у реченні (наприклад те, що за “І” частіше йде “am”, ніж за «ham», хоча ці слова звучать схоже і можуть викликати схожі шаблони в чиємусь мозку). І саме це, збільшило швидкість результату.
Великі мовні моделі, такі як GPT-3, здатні писати цілі есе та відповідати на запитання. Підключення їх до мозкових інтерфейсів може дозволити людям, які використовують систему, говорити ще швидше, просто тому, що система буде краще вгадувати, що вони намагаються сказати на основі часткової інформації.
“Успіх великих мовних моделей в останні кілька років змушує мене думати, що мовний протез під рукою, тому що, можливо, і не потрібен такий вражаючий вхідний сигнал для передачі мови”, — каже Сабес.
Група Шеноя є частиною консорціуму під назвою BrainGate, який встановив електроди в мозок більше десятка добровольців. Вони використовують імплантат під назвою Utah Array — жорсткий металевий квадрат із приблизно 100 голчастими електродами.
Деякі компанії, включно з компанією Neuralink Ілона Маска, що займається розробкою мозкових інтерфейсів, і стартапом під назвою Paradromics, кажуть, що вони розробили більш сучасні технології, які можуть зчитувати дані з тисяч — навіть десятків тисяч — нейронів одночасно.
Попри те, що деякі скептики запитують, чи матиме значення вимірювання на кількох нейронах одночасно, новий звіт припускає, що матиме, особливо якщо робота полягає в зчитуванні складних рухів мозку, таких як мова. Вчені зі Стенфорда виявили, що чим більше нейронів зчитують одночасно, тим менше помилок вони роблять, намагаючись зрозуміти, що сказав пацієнт.
“Це свідчить про те, що спроби таких компаній, як Neuralink, встановити 1000 електродів у мозок, будуть мати велике значення”, — каже Сабес, який раніше працював старшим науковим співробітником у Neuralink.
