Oamenii de știință înțeleg cuvintele unui pacient paralizat prin semnale cerebrale
Oamenii de știință au folosit un nou tip de microelectrod care nu pătrunde, care se află deasupra creierului, fără să se strecoare în el. Acești electrozi sunt cunoscuți sub numele de microECoG, deoarece reprezintă o adaptare mai mică a electrozilor mari utilizați în electrocorticografie sau ECoG, care au fost dezvoltați cu câteva decenii în urmă.
„Am reușit să decodăm cuvintele rostite folosind doar semnale din creier cu un dispozitiv care promite utilizarea pe termen lung la pacienții paralizați care nu mai pot vorbi acum”, a spus Bradley Greger, profesor asistent de bioinginerie.
Un voluntar care ar fi avut deja o craniotomie - o îndepărtare parțială temporară a craniului - într-un efort de a-și ajuta crizele epileptice severe, sa oferit voluntar pentru cercetare. Oamenii de știință au plasat grile de microelectrozi deasupra centrelor de vorbire ale creierului său - pe cortexul motor facial, care controlează mișcările mușchilor implicați în vorbire și, de asemenea, pe zona Wernicke, care este asociată cu înțelegerea și înțelegerea limbajului.
Deoarece microelectrozii nu străpung de fapt materia creierului, sunt considerați siguri de plasat pe zonele de vorbire ale creierului. Cu acești microelectrozi la locul lor, oamenii de știință au reușit să detecteze și să înregistreze semnalele electrice ale creierului generate de câteva mii de neuroni sau celule nervoase.
După ce voluntarul a citit în mod repetat fiecare dintre cele 10 cuvinte care ar putea fi utile unei persoane paralizate - da, nu, fierbinte, rece, flămând, însetat, salut, la revedere, din ce în ce mai puțin - cercetătorii au încercat să afle ce semnale cerebrale reprezentau fiecare dintre 10 cuvinte analizând modificările de forță ale diferitelor frecvențe care vin cu fiecare semnal nervos.
Când s-au comparat două semnale cerebrale - cum ar fi cele generate atunci când bărbatul a spus cuvintele „da” și „nu” - oamenii de știință au reușit să facă diferența dintre fiecare cuvânt de la 76 la 90 la sută din timp.
Când oamenii de știință au folosit doar cei cinci microelectrozi de pe fiecare rețea cu 16 electrozi care au fost cei mai exacți în decodarea semnalelor cerebrale de la cortexul motor facial, precizia lor în a distinge între cuvinte a crescut la aproape 90%.
Cu toate acestea, atunci când oamenii de știință au analizat toate cele 10 modele de semnal cerebral în același timp, au reușit să eticheteze corect fiecare cuvânt doar 28 la 48 la sută din timp. Acest lucru a fost mai bun decât șansa (10%), dar încă nu a fost considerat suficient de puternic.
„Nu înseamnă că problema este complet rezolvată și putem merge cu toții acasă”, spune Greger. „Înseamnă că funcționează și acum trebuie să-l rafinăm, astfel încât persoanele cu sindromul„ blocat ”să poată comunica cu adevărat.”
„Următorul pas evident - și asta facem acum - este să îl facem cu rețele mai mari de microelectrozi. Putem face rețeaua mai mare, să avem mai mulți electrozi și să obținem o cantitate extraordinară de date din creier, ceea ce înseamnă probabil mai multe cuvinte și o precizie mai bună ”, spune Greger.
„Aceasta este dovada conceptului. Am dovedit că aceste semnale vă pot spune ce spune persoana cu mult peste șansă. Dar trebuie să fim capabili să facem mai multe cuvinte cu mai multă acuratețe înainte ca acesta să fie ceva ce un pacient ar putea găsi cu adevărat util ”, adaugă el.
Deoarece metoda are nevoie de mult mai multe îmbunătățiri și implică plasarea electrozilor pe creier, Greger se așteaptă să treacă câțiva ani înainte de a exista studii clinice pe persoane paralizate care nu pot vorbi.
Cu toate acestea, există speranță că cercetările continue în acest domeniu vor aduce în cele din urmă un dispozitiv fără fir care poate converti gândurile unei persoane în cuvinte rostite de computer, spune Greger. În acest moment, singura modalitate prin care oamenii „blocați” pot comunica este prin mișcare, cum ar fi clipirea unui ochi sau mișcarea ușoară a unei mâini sau alegerea cu atenție a literelor sau cuvintelor dintr-o listă.
Colegii Universității din Utah care au realizat studiul împreună cu Greger au inclus inginerii electricieni Spencer Kellis, doctorand, și Richard Brown, decanul Colegiului de Inginerie; și Paul House, profesor asistent de neurochirurgie. Un alt coautor a fost Kai Miller, neurolog la Universitatea Washington din Seattle.
Cercetarea a fost finanțată de National Institutes of Health, Defense Advanced Research Projects Agency, Universitatea din Utah Research Foundation și National Science Foundation.
Journal of Neural EngineeringNumărul din septembrie va publica studiul lui Greger care arată fezabilitatea traducerii semnalelor cerebrale în cuvinte rostite de computer.
Sursa: Universitatea din Utah
