Å miste stemmen eller evnen til å skrive en enkel melding kan bety, for noen som lider av en alvorlig lammelseDette er mye mer enn en fysisk begrensning: det innebærer å se sin autonomi, sine relasjoner og i stor grad sine livsplaner svekkes. I de senere årene har nevroteknologi fokusert på dette problemet, og funnet måter for disse individene å kommunisere igjen uten å være avhengige av trege og utmattende systemer.
I denne sammenhengen har et amerikansk forskerteam testet en vellykket implanterbart hjerne-datamaskin-grensesnitt i stand til å transformere fingerbevegelser til tekst på et virtuelt tastatur. Enheten, som fortsatt er i eksperimentell fase, har blitt testet på to personer med nesten fullstendig lammelse og har oppnådd skrivehastigheter og nøyaktighetsnivåer som ligger nær de for en person uten motoriske funksjonshemminger.
En nevroprotese som oversetter skriveforsøk til bokstaver
Arbeidet er signert av forskere fra Institutt for nevrovitenskap Mass General Brigham, i Boston, og av Brunt universitetsom har samarbeidet i årevis i BrainGate-konsortiet, et initiativ som fokuserer på å utvikle hjerne-datamaskin-grensesnitt for personer med lammelseDen nye studien, publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature Neuroscience, beskriver en skrivenevroprotese som ikke beveger en markør, men i stedet bruker et konvensjonelt QWERTY-tastatur som utgangspunkt.
For å oppnå dette, implanterer forskerne mikroelektrodesensorer i motorbarkenDen delen av hjernen som er involvert i å kontrollere frivillige hånd- og fingerbevegelser. Disse mikroelektrodene registrerer den elektriske aktiviteten som oppstår når en person mentalt prøver å bevege fingrene for å trykke på en tast, selv om kroppen ikke kan utføre bevegelsen på grunn av skaden.
Foran deltakeren vises en standard QWERTY-tastatur ledsaget av en skjematisk fremstilling av fingrene. Hver bokstav er assosiert med en spesifikk kombinasjon av fingerposisjoner (for eksempel opp, ned eller bøyd). Når brukeren forestiller seg disse bevegelsene, samler elektrodene det nevrale signalet og sender det til et datasystem som... oversettes til teksttegn.
Prosessen stopper ikke der: dekoderutgangen går gjennom en prediktiv språkmodellI likhet med autokorrekturfunksjonen på mobiltelefoner, hjelper den med å rette feil og fullføre ord, slik at den siste setningen er sammenhengende og så trofast som mulig mot pasientens intensjon.
To pasienter med alvorlig lammelse som testtilfelle
Forsøket ble gjennomført med to personer med svært avansert lammelseÉn deltaker med avansert amyotrofisk lateral sklerose (ALS) og en annen med en skade på nakkesøylen noe som førte til at han ble kvadriplegisk. Begge var en del av BrainGates kliniske program og ga sitt samtykke til å teste den nye skrivenevroprotesen.
Etter mikroelektrodeimplantasjonskirurgien gjennomgikk frivillige en kort opplæring i systemet. Det tok omtrent 30 kalibreringsfraser slik at programvaren kunne justere dekodingsalgoritmene sine til hver persons nevrale signaler. Derfra ble de bedt om å skrive meldinger kun ved å bruke forsøkene sine på å bevege fingrene på det virtuelle tastaturet som vises på skjermen.
Resultatene var bemerkelsesverdige på grunn av hastighet og nøyaktighet. En av deltakerne nådde en toppfart på 110 tegn per minuttDette tilsvarer omtrent 22 ord per minutt, med en ordfeilrate på 1,6 %. Denne feilmarginen er lik den for en person som skriver for hånd på et fysisk tastatur eller på en smarttelefonskjerm.
Den andre frivillige, som led av avansert ALS og trengte mekanisk ventilasjon, lyktes også lage forståelige setninger gjennom systemet, om enn i et noe lavere tempo. I hans tilfelle er betydningen av fremgangen spesielt bemerkelsesverdig, siden han hadde mistet evnen til å snakke fullstendig og ikke kunne bruke konvensjonelle hjelpemidler uten enorm anstrengelse.
Et spesielt viktig aspekt ved studien er at begge pasientene var i stand til å bruk enheten i ditt eget hjemOg ikke bare i et strengt sykehus- eller laboratoriemiljø. Dette tyder på at teknologien, med videreutvikling, kan integreres i daglige støttesystemer, slik at de som lider av alvorlig lammelse kan kommunisere hjemmefra med familiemedlemmer, omsorgspersoner eller helsepersonell.
Hvorfor dette grensesnittet er forskjellig fra nåværende systemer
I dag er mange lammede som beholder en viss øyekontroll avhengige av øyesporingsenheterDisse systemene lar brukere velge bokstaver eller ikoner ved å bevege øynene over en skjerm, men som beskrevet av pasientene selv, er de trege, slitsomme å bruke og utsatt for feil. I mange tilfeller ender brukerne opp med å forlate dem på grunn av frustrasjonen de forårsaker.
BrainGates nevroprotese har en annen tilnærming: i stedet for å spore blikket eller bevege en markør med tanken, fokuserer den på dekode forsøkene på fingerbevegelser på et tastatur som er kjent for nesten alle lese- og skrivekyndige. Denne strategien har to klare fordeler: på den ene siden lar den oss dra nytte av den motoriske hukommelsen som mange pasienter utviklet over år med bruk av fysiske tastaturer; på den andre siden gjør den det lettere å nå høyere skrivehastigheter enn andre supplerende kommunikasjonssystemer.
Videre bidrar bruken av kunstig intelligens-algoritmer, både for dekoding av nevrale signaler og for språkmodellen, til forbedret nøyaktighet uten at det krever overdreven kognitiv innsats fra brukeren. Personen trenger ikke å «tenke på individuelle bokstaver», men heller forestille seg å bevege fingrene slik de ville gjort hvis de faktisk skrev.
Ifølge forskerteamet forvandler denne kombinasjonen av implanterbare sensorer, avansert signalbehandling og språkmodeller hjerne-datamaskin-grensesnitt i et stadig mer solid alternativ til eksisterende løsninger, i hvert fall for en spesifikk gruppe pasienter med alvorlig lammelse som ikke finner tilstrekkelig respons i konvensjonelle systemer.
BrainGate-konsortiets rolle og fremtidige prognoser
Utviklingen av denne nevroprotesen er en del av konsortiets arbeid. BrainGateDen internasjonale nevrovitenskapsforeningen (INCAA), grunnlagt i 2004, samler nevrologer, nevroforskere, ingeniører, informatikere, nevrokirurger, matematikere og andre spesialister fra ulike akademiske institusjoner. Deres felles mål er å skape teknologier som muliggjør... gjenopprette tapte funksjoner hos personer med nevrologiske sykdommer, ryggmargsskader eller amputasjoner.
I løpet av de siste to tiårene har BrainGate i kontrollerte studier vist at hjerne-datamaskin-grensesnitt kan brukes til å kontrollmarkører, robotarmer eller eksterne enheter basert på hjerneaktivitet. Det nå publiserte fremskrittet fokuserer spesifikt på skriftlig kommunikasjon, et nøkkelområde for de som har mistet både evnen til å snakke og evnen til å bruke et fysisk tastatur.
De som er ansvarlige for forsøket understreker at teknologien fortsatt er i forskningsfasen. Spørsmål som følgende gjenstår å bli avklart: holdbarheten til implantater, signalenes stabilitet over tid, mulige risikoer forbundet med kirurgi, brukervennligheten til innenlandske systemer eller deres innpassing i finansieringen av helsesystemer, inkludert europeiske.
Selv med disse forholdsreglene mener teamet at enheten åpner en vei for industriens utvikling på mellomlang sikt. kommersielle versjoner av nevroproteser tilpasset pasienter med ulike lammelsesprofiler. Konsortiet understreker at samarbeid mellom akademiske sentre og bedrifter vil være nøkkelen til å oversette disse eksperimentelle resultatene til reelle kliniske løsninger.
Relevans for pasienter i Europa og kommende utfordringer
Selv om studien ble utført i USA, er effekten direkte relevant for personer med ALS, ryggmargsskader eller hjerneslag I Europa, inkludert Spania, hvor befolkningsalderen og økningen i nevrodegenerative sykdommer øker etterspørselen etter kommunikasjonsteknologier år etter år.
I helsesystemer som Spanias, med en sterk offentlig komponent, blir denne typen utvikling vanligvis evaluert ikke bare for sin kliniske effektivitet, men også for sin kostnadseffektivitet og dens evne til å integrere i nettverk for nevrologisk rehabilitering og hjemmesykepleie. Muligheten for at hjerne-datamaskin-grensesnitt fungerer i hjemmemiljøer favoriserer fremtidig bruk av disse, forutsatt at utstyret forenkles og komponentene blir billigere.
Med tanke på de kommende årene foreslår forskere flere forbedringsområder. Ett av dem innebærer å innføre tilpassede tastaturer eller stenografisystemer som muliggjør enda raskere skriving; en annen, å dra nytte av den samme teknologien for å prøve å gjenopprette rekke- og gripebevegelser hos personer med lammelse av øvre lemmer, ved å bruke de allerede identifiserte mønstrene av nevral aktivitet.
Det er også snakk om å kombinere disse grensesnittene med andre støtteverktøy, som skjermlesere, stemmeassistenter eller hjemmeautomatiseringsenheter, med sikte på å bygge mer tilgjengelige bomiljøer for de som er avhengige av rullestol eller trenger kontinuerlig pleie. Alt dette med samme fellesnevner: å gjenopprette kontakten mellom personens hjerne og verden rundt dem når kroppen har sluttet å reagere.
Samlet sett viser denne nye kliniske studien at en implanterbart hjerne-datamaskin-grensesnitt Det kan gi personer med alvorlig lammelse en form for skriftlig kommunikasjon som er rask, nøyaktig og stabil nok til å kunne brukes i hverdagen, noe som er et viktig skritt mot løsninger som ikke bare forlenger livet, men også lar folk leve med større autonomi og evne til å forholde seg til andre.