Нейропротез дал возможность говорить парализованному человеку

Нейропротез переводит мысли парализованного пациента в текст.
Фото: Сайт UCSF
«Как ты сегодня?» — «Очень хорошо»

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) создали нейропротез. С его помощью парализованный человек смог говорить предложениями. Сигналы из мозга к голосовым связкам транслировались на экран в форме текста.

Исследование опубликовано в New England Journal of Medicine. Коротко о нем сообщается на сайте UCSF.

Общение с помощью нейропротезов существует уже давно. Но раньше слова вводились по буквам. Протезы улавливали сигналы мозга, которые управляют мышцами рук. В этой же работе протезы улавливают сигналы мозга, которые управляют мышцами голосовой системы.

«В жизни мы говорим быстро, со скоростью до 150 или 200 слов в минуту», — комментируют ученые и отмечают, что писать слова по буквам — более медленный и трудоемкий способ.

Начало исследований

Последние десять лет мозг пациентов из Центра эпилепсии Калифорнийского университета подвергали операциям, чтобы выяснить причину припадков. Добровольцы из числа этих пациентов разрешали исследовать речевую активность в их мозге. Благодаря этим работам на людях с нормальной речью стали возможны испытания на парализованных пациентах.

Нейробиологи составили карту паттернов активности коры головного мозга, связанных с движениями голосовых путей. Затем разработали методы расшифровки этих паттернов в реальном времени, а также ввели статистические языковые модели для повышения точности.

Останутся ли неизменными сигналы мозга, управляющие голосовым трактом, у парализованных пациентов, команда не знала.

Первые 50 слов 

Первым участником испытания стал мужчина в возрасте около 30 лет. Более 15 лет назад он перенес инсульт ствола головного мозга. Связь между мозгом, голосовыми связками и конечностями серьезно нарушилась. Мужчина мог общаться только с помощью указки, прикрепленной к бейсболке — так он выбирал буквы на экране.

Вместе с исследователями мужчина составил словарь из 50 слов, которых хватает более чем на 1000 предложений. В словаре были «вода», «семья», «хорошо» и другие понятия, подходящие для описания повседневной жизни.

Ученые имплантировали электроды на поверхность речевой моторной коры мужчины. Пациент пытался много раз произнести каждое из 50 словарных слов, в то время как электроды записывали сигналы его речевой коры. Такие сеансы записи продолжались несколько месяцев.

Попытки речи становятся текстом 

Как превратить сигналы мозга в текст? Ученые использовали для этого искусственный интеллект. Когда участник пытался говорить, нейросети анализировали паттерны мозговой активности. Затем программа выводила на экран слова, которые хотел произнести пациент.

Затем команда спрашивала участника: «Как ты сегодня?» и «Не хочешь ли немного воды?» На экране появлялись ответы: «Очень хорошо» и «Нет, я не хочу пить».

Как оказалось, система способна декодировать слова по активности мозга со скоростью до 18 слов в минуту с точностью до 93% (медиана 75%). Успеху способствовала функция «автокоррекции», как в мессенджерах и голосовом вводе текста.

В будущем команда планирует включить в исследование больше пациентов, расширить словарный запас и увеличить скорость речи.

Каждый год тысячи людей теряют способность говорить из-за инсульта, несчастного случая или болезни. Возможно, в будущем парализованные люди смогут полноценно общаться с помощью новой технологии.

Как и зачем читают наши мысли? 

Новая нейросеть переводит мысли в текст с точностью до 97%