Moždani implantat otkriva što ćete reći

Govorna proteza koju je razvio tim neuroznanstvenika, neurokirurga i inženjera s američkog Sveučilišta Duke, može prevesti moždane signale osobe u ono što ona želi reći. Nova tehnologija bi jednog dana mogla pomoći ljudima koji ne mogu govoriti zbog neuroloških poremećaja da povrate sposobnost komunikacije putem sučelja mozak-računalo.

"Mnogi pacijenti pate od iscrpljujućih motoričkih poremećaja, poput ALS-a (amiotrofične lateralne skleroze), koji mogu umanjiti njihovu sposobnost govora", rekao je dr. Gregory Cogan, profesor neurologije na Medicinskom fakultetu Sveučilišta Duke i jedan od vodećih istraživača uključenih u projekt. "Ali trenutačno dostupni alati koji im omogućuju komunikaciju općenito su vrlo spori i glomazni."

Kašnjenje između izgovorene i dekodirane brzine govora djelomično je posljedica relativno malog broja senzora aktivnosti mozga koji se mogu spojiti na materijal tanak poput papira koji leži na površini mozga. Manje senzora daje manje dešifriranih informacija za dekodiranje.

Kako bi poboljšao prošla ograničenja, Cogan se udružio s kolegom, članom fakulteta Instituta Duke za znanosti o mozgu dr. Jonathanom Viventijem, čiji je laboratorij za biomedicinski inženjering specijaliziran za izradu ultratankih i fleksibilnih moždanih senzora visoke gustoće.

Za ovaj projekt Viventi i njegov tim upakirali su impresivnih 256 mikroskopskih moždanih senzora na komad fleksibilne plastike medicinske kvalitete veličine poštanske marke. Neuroni udaljeni samo 'zrnce pijeska' mogu imati vrlo različite obrasce aktivnosti kada koordiniraju govor, tako da je potrebno razlikovati signale iz susjednih moždanih stanica kako bi se lakše predvidjelo planirani govor.

U usporedbi s trenutnom govornom protetikom sa 128 elektroda, Dukeovi inženjeri razvili su novi uređaj koji prima dvostruko više senzora na znatno manjem prostoru.

Nakon izrade novog implantata, Cogan i Viventi udružili su se s nekoliko neurokirurga sa Sveučilišta Duke, uključujući Dereka Southwella, Nandan Lad, i Allana Friedmana, koji je pomogao angažirati četiri pacijenta za testiranje implantata. Eksperiment je zahtijevao od istraživača da privremeno stave uređaj u pacijente koji su bili podvrgnuti operaciji mozga zbog nekog drugog stanja, poput liječenja Parkinsonove bolesti ili uklanjanja tumora. Vrijeme je bilo ograničeno da Cogan i njegov tim testiraju svoj uređaj u operacijskoj dvorani.

Zadatak je bio jednostavna aktivnost slušanja i ponavljanja. Sudionici su čuli niz besmislenih riječi, poput "ava", "kug" ili "vip", a zatim su svaku izgovorili naglas. Uređaj je bilježio aktivnost govornog motoričkog korteksa svakog pacijenta dok je koordinirao gotovo 100 mišića koji pokreću usne, jezik, čeljust i grkljan.

Nakon toga, Suseendrakumar Duraivel, student diplomskog studija biomedicinskog inženjerstva na Dukeu, uzeo je neuralne i govorne podatke iz kirurške opreme i unio ih u algoritam strojnog učenja kako bi vidio koliko točno može predvidjeti kakav se zvuk emitira napravio, samo na temelju snimanja aktivnosti mozga.

Sve u svemu, dekoder je bio točan u 40% vremena. To se može činiti kao skroman rezultat testa, ali bio je prilično impresivan s obzirom na to da su za slična tehnička dostignuća od mozga do govora potrebni sati ili dani, dok je algoritam za dekodiranje govora koji je Duraivel koristio radio sa samo 90 sekundi izgovorenih podataka iz 15-minutnog testa.

Iako je njihov rad ohrabrujući, još je dalek put do govorne proteze koja će se primjenjivati u praksi.

Studiju objavljenu u časopisu Nature Communications možete pronaći na ovoj poveznici.