Izguba glasu ali zmožnosti tipkanja preprostega sporočila lahko za nekoga, ki trpi zaradi huda paralizaTo je veliko več kot le fizična omejitev: gre za to, da se zmanjšuje njihova avtonomija, odnosi in v veliki meri celo njihovi življenjski načrti. V zadnjih letih se je nevrotehnologija osredotočila na to težavo in iskala načine, kako bi ti posamezniki lahko ponovno komunicirali, ne da bi se zanašali na počasne in naporne sisteme.
V tem kontekstu je ameriška raziskovalna skupina uspešno preizkusila vsadljivi vmesnik med možgani in računalnikom sposoben pretvoriti gibe prstov v besedilo na virtualni tipkovnici. Naprava, ki je še vedno v poskusni fazi, je bila preizkušena na dveh ljudeh s skoraj popolno paralizo in je dosegla hitrosti tipkanja in natančnost, ki sta blizu tistim pri osebi brez motoričnih motenj.
Nevroproteza, ki pretvarja poskuse tipkanja v črke
Delo so podpisali znanstveniki iz Inštitut za nevroznanost Massachusetts General Brigham, v Bostonu in od Univerza Brownki že leta sodelujejo v konzorciju BrainGate, pobudi, osredotočeni na razvoj Vmesniki možganov in računalnika za ljudi s paralizoNova študija, objavljena v znanstveni reviji Nature Neuroscience, opisuje pisno nevroprotezo, ki ne premika kurzorja, temveč se namesto tega zanaša na običajno tipkovnico QWERTY kot izhodišče.
Da bi to dosegli, so raziskovalci vsadili mikroelektrodni senzorji v motorični skorjiPodročje možganov, ki sodeluje pri nadzoru hotenih gibov rok in prstov. Te mikroelektrode zaznavajo električno aktivnost, ki se pojavi, ko oseba v mislih poskuša premakniti prste, da bi pritisnila tipko, čeprav telo zaradi poškodbe ne more izvesti kretnje.
Pred udeležencem je prikazan standardna tipkovnica QWERTY skupaj s shematskim prikazom prstov. Vsaka črka je povezana z določeno kombinacijo položajev prstov (na primer gor, dol ali upognjen). Ko si uporabnik predstavlja te gibe, elektrode zberejo nevronski signal in ga pošljejo v računalniški sistem, ki ... prevede v besedilne znake.
Postopek se tu ne ustavi: izhod dekoderja gre skozi napovedni jezikovni modelPodobno kot funkcija samodejnega popravljanja na mobilnih telefonih pomaga pri popravljanju napak in dopolnjevanju besed, tako da je končni stavek koherenten in čim bolj zvest pacientovi nameri.
Dva bolnika s hudo paralizo kot testni primer
Sojenje je bilo izvedeno z dvema osebama z zelo napredna paralizaEn udeleženec z napredovalo amiotrofično lateralno sklerozo (ALS) in drugi z poškodba vratne hrbtenjače zaradi česar je postal kvadriplegik. Oba sta bila del kliničnega programa BrainGate in sta dala soglasje za testiranje nove pisne nevroproteze.
Po operaciji vsaditve mikroelektrod so prostovoljci opravili kratko usposabljanje za uporabo sistema. Trajalo je približno 30 kalibracijskih fraz da bi programska oprema lahko prilagodila svoje algoritme za dekodiranje nevronskim signalom vsake osebe. Nato so jih prosili, naj pišejo sporočila zgolj s poskusi premikanja prstov po virtualni tipkovnici, prikazani na zaslonu.
Rezultati so bili izjemni zaradi hitrosti in natančnosti. Eden od udeležencev je dosegel najvišjo hitrost 110 znakov na minutoTo pomeni približno 22 besed na minuto, s stopnjo napak besed 1,6 %. Ta meja napake je podobna tisti, ki jo tipka oseba, ki tipka ročno na fizični tipkovnici ali na zaslonu pametnega telefona.
Tudi drugemu prostovoljcu, ki je trpel za napredovalo ALS in je potreboval mehansko ventilacijo, je uspelo tvoriti razumljive stavke skozi sistem, čeprav nekoliko počasneje. V njegovem primeru je pomen napredka še posebej pomemben, saj je popolnoma izgubil sposobnost govora in ni mogel uporabljati običajnih podpornih tehnologij brez ogromnega napora.
Posebej pomemben vidik preskušanja je, da sta oba bolnika lahko uporabite napravo v svojem domuIn ne le v strogo bolnišničnem ali laboratorijskem okolju. To kaže, da bi se tehnologija z nadaljnjim razvojem lahko integrirala v vsakodnevne podporne sisteme, tako da bi lahko tisti, ki trpijo zaradi hude paralize, od doma komunicirali z družinskimi člani, negovalci ali zdravstvenimi delavci.
Zakaj se ta vmesnik razlikuje od trenutnih sistemov
Danes se mnogi ljudje s paralizo, ki ohranijo nekaj nadzora nad očmi, zanašajo na naprave za sledenje očemTi sistemi uporabnikom omogočajo izbiro črk ali ikon s premikanjem oči po zaslonu, vendar so, kot opisujejo pacienti sami, počasni, naporni za uporabo in nagnjeni k napakam. V mnogih primerih jih uporabniki zaradi frustracij, ki jih povzročajo, opustijo.
BrainGateova nevroproteza ima drugačen pristop: namesto sledenja pogledu ali premikanja kurzorja z mislijo se osredotoča na dekodirajte poskuse premikanja prstov na tipkovnici, ki je znana skoraj vsaki pismeni osebi. Ta strategija ima dve jasni prednosti: po eni strani nam omogoča, da izkoristimo motorični spomin, ki so ga mnogi pacienti razvili v letih uporabe fizičnih tipkovnic; po drugi strani pa olajša doseganje višje hitrosti pisanja kot pri drugih augmentativnih komunikacijskih sistemih.
Poleg tega uporaba algoritmov umetne inteligence, tako za dekodiranje nevronskega signala kot za jezikovni model, prispeva k izboljšani natančnosti, ne da bi pri tem od uporabnika zahtevala pretiran kognitivni napor. Osebi ni treba "razmišljati o posameznih črkah", temveč si raje predstavlja, da premika prste, kot bi jih, če bi dejansko tipkala.
Po mnenju raziskovalne skupine ta kombinacija vsadljivih senzorjev, napredne obdelave signalov in jezikovnih modelov spreminja vmesniki možgani-računalnik v vse bolj trdno alternativo obstoječim rešitvam, vsaj za določeno skupino bolnikov s hudo paralizo, ki v konvencionalnih sistemih ne najdejo ustreznega odziva.
Vloga konzorcija BrainGate in prihodnje napovedi
Razvoj te nevroproteze je del dela konzorcija BrainGateMednarodno združenje za nevroznanost (INCAA), ustanovljeno leta 2004, združuje nevrologe, nevroznanstvenike, inženirje, računalniške znanstvenike, nevrokirurge, matematike in druge strokovnjake iz različnih akademskih ustanov. Njihov skupni cilj je ustvariti tehnologije, ki omogočajo ... povrniti izgubljene funkcije pri ljudeh z nevrološkimi boleznimi, poškodbami hrbtenjače ali amputacijami.
V zadnjih dveh desetletjih je BrainGate v kontroliranih poskusih dokazal, da se lahko vmesniki med možgani in računalnikom uporabljajo za nadzorujte kurzorje, robotske roke ali zunanje naprave na podlagi možganske aktivnosti. Zdaj objavljeni napredek se osredotoča posebej na pisno komunikacijo, ključno področje za tiste, ki so izgubili tako sposobnost govora kot tudi sposobnost uporabe fizične tipkovnice.
Vodilni pri poskusnem delu poudarjajo, da je tehnologija še vedno v fazi raziskav. Odgovoriti je treba še na vprašanja, kot so naslednja: trajnost vsadkov, stabilnost signalov skozi čas, morebitna tveganja, povezana s kirurškim posegom, enostavnost uporabe domačih sistemov ali njihova ustreznost financiranju zdravstvenih sistemov, vključno z evropskimi.
Kljub tem previdnostnim ukrepom ekipa verjame, da naprava odpira pot za razvoj industrije v srednjeročnem obdobju. komercialne različice nevroprotez prilagojeno bolnikom z različnimi profili paralize. Konzorcij poudarja, da bo sodelovanje med akademskimi centri in podjetji ključnega pomena za prenos teh eksperimentalnih rezultatov v resnične klinične rešitve.
Pomembnost za paciente v Evropi in prihajajoči izzivi
Čeprav je bila študija izvedena v Združenih državah Amerike, je njen vpliv neposredno pomemben za ljudi z ALS, poškodbe hrbtenjače ali možganska kap V Evropi, vključno s Španijo, kjer staranje prebivalstva in porast nevrodegenerativnih bolezni iz leta v leto povečujeta povpraševanje po tehnologijah za pomoč pri komunikaciji.
V zdravstvenih sistemih, kot je španski, z močno javno komponento, se tovrstni razvoj običajno ocenjuje ne le glede na klinično učinkovitost, temveč tudi glede na njihovo učinkovitost. stroškovna učinkovitost in sposobnost integracije v omrežjih za nevrološko rehabilitacijo in oskrbo na domu. Možnost delovanja vmesnikov možgani-računalnik v domačem okolju daje prednost njihovi prihodnji uporabi, pod pogojem, da se oprema poenostavi in komponente postanejo cenejše.
Raziskovalci z mislijo na prihodnja leta predlagajo več področij za izboljšave. Eno od njih vključuje uvedbo tipkovnice po meri ali stenografski sistemi ki omogočajo še hitrejše tipkanje; drugi pa, da bi izkoristili isto tehnologijo za poskus obnovitve gibov doseganja in prijemanja pri ljudeh s paralizo zgornjih okončin z uporabo že ugotovljenih vzorcev nevronske aktivnosti.
Govori se tudi o kombiniranju teh vmesnikov z drugimi podpornimi orodji, kot so bralniki zaslona, glasovni pomočniki ali naprave za domačo avtomatizacijo, s ciljem izgradnje dostopnejša bivalna okolja za tiste, ki so odvisni od invalidskega vozička ali potrebujejo stalno oskrbo. Vse to z isto skupno nitjo: ponovna povezava možganov osebe s svetom okoli nje, ko se njeno telo neha odzivati.
Skupaj gledano to novo klinično preskušanje dokazuje, da vsadljivi vmesnik med možgani in računalnikom Ljudem s hudo paralizo lahko omogoči obliko pisne komunikacije, ki je hitra, natančna in dovolj stabilna za uporabo v vsakdanjem življenju, kar je pomemben korak k rešitvam, ki ne le podaljšujejo življenje, temveč ljudem omogočajo tudi večjo avtonomijo in sposobnost povezovanja z drugimi.