Pierderea vocii sau a capacității de a tasta un mesaj simplu poate însemna, pentru cineva care suferă de... paralizie severăAceasta este mult mai mult decât o limitare fizică: implică diminuarea autonomiei, a relațiilor și, în mare măsură, a planurilor lor de viață. În ultimii ani, neurotehnologia s-a concentrat asupra acestei probleme, căutând modalități prin care acești indivizi să comunice din nou fără a se baza pe sisteme lente și epuizante.
În acest context, o echipă de cercetare din SUA a testat cu succes un interfață creier-computer implantabilă capabil să transforme mișcările degetelor în text pe o tastatură virtuală. Dispozitivul, aflat încă în faza experimentală, a fost testat pe două persoane cu paralizie aproape completă și a atins viteze de tastare și niveluri de precizie apropiate de cele ale unei persoane fără dizabilități motorii.
O neuroproteză care traduce încercările de tastare în litere
Lucrarea este semnată de oameni de știință de la Institutul de Neuroștiințe din Massachusetts General Brigham, în Boston, și al Universitatea Browncare colaborează de ani de zile în cadrul consorțiului BrainGate, o inițiativă axată pe dezvoltarea interfețe creier-computer pentru persoanele cu paralizieNoul studiu, publicat în revista științifică Nature Neuroscience, descrie o neuroproteză de scris care nu mișcă cursorul, ci se bazează pe o tastatură QWERTY convențională ca punct de plecare.
Pentru a realiza acest lucru, cercetătorii implantează senzori cu microelectrozi în cortexul motorRegiunea creierului implicată în controlul mișcărilor voluntare ale mâinilor și degetelor. Acești microelectrozi detectează activitatea electrică care apare atunci când o persoană încearcă mental să-și miște degetele pentru a apăsa o tastă, chiar dacă corpul nu poate executa gestul din cauza leziunii.
În fața participantului este prezentat un tastatură QWERTY standard însoțită de o reprezentare schematică a degetelor. Fiecare literă este asociată cu o combinație specifică de poziții ale degetelor (de exemplu, sus, jos sau flexat). Când utilizatorul își imaginează aceste mișcări, electrozii colectează semnalul neural și îl trimit către un sistem informatic care... se traduce în caractere textuale.
Procesul nu se oprește aici: ieșirea decodorului trece printr-un modelul de limbaj predictivSimilar funcției de corectare automată de pe telefoanele mobile, aceasta ajută la corectarea erorilor și la completarea cuvintelor, astfel încât propoziția finală să fie coerentă și cât mai fidelă intenției pacientului.
Doi pacienți cu paralizie severă ca caz de testare
Studiul a fost efectuat cu două persoane cu paralizie foarte avansatăUn participant cu scleroză laterală amiotrofică (SLA) avansată și un altul cu leziune a măduvei spinării cervicale ceea ce l-a făcut tetraplegic. Amândoi au făcut parte din programul clinic BrainGate și și-au dat consimțământul pentru testarea noii neuroproteze de scris.
După operația de implantare a microelectrodului, voluntarii au urmat un scurt antrenament cu sistemul. A durat aproximativ 30 de fraze de calibrare astfel încât software-ul să își poată ajusta algoritmii de decodare la semnalele neuronale ale fiecărei persoane. De acolo, li s-a cerut să scrie mesaje folosind doar încercările de a-și mișca degetele pe tastatura virtuală afișată pe ecran.
Rezultatele au fost remarcabile prin viteză și precizie. Unul dintre participanți a atins o viteză maximă de 110 caractere pe minutAceasta se traduce în aproximativ 22 de cuvinte pe minut, cu o rată de eroare de 1,6%. Această marjă de eroare este similară cu cea a unei persoane care tastează manual pe o tastatură fizică sau pe ecranul unui smartphone.
Al doilea voluntar, care suferea de SLA avansată și necesita ventilație mecanică, a reușit și el... produce propoziții inteligibile prin sistem, deși într-un ritm ceva mai lent. În cazul său, semnificația progresului este deosebit de remarcabilă, deoarece își pierduse complet capacitatea de a vorbi și nu putea folosi tehnologiile asistive convenționale fără un efort enorm.
Un aspect deosebit de important al studiului este faptul că ambii pacienți au putut utilizați dispozitivul în propria casăȘi nu doar într-un mediu strict spitalicesc sau de laborator. Acest lucru sugerează că, odată cu dezvoltarea ulterioară, tehnologia ar putea fi integrată în sistemele de asistență zilnice, astfel încât cei care suferă de paralizie severă să poată comunica de acasă cu membrii familiei, îngrijitorii sau profesioniștii din domeniul sănătății.
De ce este diferită această interfață de sistemele actuale
Astăzi, multe persoane cu paralizie care își păstrează un anumit control vizual se bazează pe dispozitive de urmărire a ochilorAceste sisteme permit utilizatorilor să selecteze litere sau pictograme mișcându-și ochii pe ecran, dar, așa cum au descris chiar pacienții, sunt lente, obositoare de utilizat și predispuse la erori. În multe cazuri, utilizatorii ajung să le abandoneze din cauza frustrării pe care o provoacă.
Neuroproteza BrainGate adoptă o abordare diferită: în loc să urmărească privirea sau să miște un cursor cu gândul, se concentrează pe decodează încercările de mișcare a degetelor pe o tastatură familiară aproape oricărei persoane alfabetizate. Această strategie are două avantaje clare: pe de o parte, ne permite să profităm de memoria motorie pe care mulți pacienți au dezvoltat-o de-a lungul anilor de utilizare a tastaturilor fizice; pe de altă parte, facilitează atingerea viteze de scriere mai mari decât cele ale altor sisteme de comunicare augmentativă.
În plus, utilizarea algoritmilor de inteligență artificială, atât pentru decodificarea semnalului neuronal, cât și pentru modelul lingvistic, contribuie la o precizie îmbunătățită fără a necesita un efort cognitiv excesiv din partea utilizatorului. Persoana nu trebuie să se „gândească la litere individuale”, ci să-și imagineze că își mișcă degetele așa cum ar face-o dacă ar tasta efectiv.
Potrivit echipei de cercetare, această combinație de senzori implantabili, procesare avansată a semnalelor și modele lingvistice transformă... interfețe creier-computer într-o alternativă din ce în ce mai solidă la soluțiile existente, cel puțin pentru un grup specific de pacienți cu paralizie severă care nu găsesc un răspuns adecvat în sistemele convenționale.
Rolul consorțiului BrainGate și proiecțiile viitoare
Dezvoltarea acestei neuroproteze face parte din activitatea consorțiului. BrainGateAsociația Internațională de Neuroștiințe (INCAA), fondată în 2004, reunește neurologi, neurocercetători, ingineri, informaticieni, neurochirurgi, matematicieni și alți specialiști din diverse instituții academice. Scopul lor comun este de a crea tehnologii care să permită... recuperarea funcțiilor pierdute la persoanele cu boli neurologice, leziuni ale măduvei spinării sau amputări.
În ultimele două decenii, BrainGate a demonstrat în studii controlate că interfețele creier-computer pot fi utilizate pentru a controlează cursoarele, brațele robotice sau dispozitivele externe bazat pe activitatea cerebrală. Progresul publicat acum se concentrează în mod specific pe comunicarea scrisă, un domeniu cheie pentru cei care și-au pierdut atât capacitatea de a vorbi, cât și capacitatea de a utiliza o tastatură fizică.
Cei responsabili de studiu subliniază că tehnologia se află încă în faza de cercetare. Rămân de rezolvat întrebări precum următoarele: durabilitatea implanturilor, stabilitatea semnalelor în timp, posibilele riscuri asociate intervențiilor chirurgicale, ușurința utilizării sistemelor naționale sau integrarea acestora în finanțarea sistemelor de sănătate, inclusiv a celor europene.
Chiar și cu aceste precauții, echipa consideră că dispozitivul deschide o cale pentru dezvoltarea industriei pe termen mediu. versiuni comerciale de neuroproteze adaptat pacienților cu diferite profiluri de paralizie. Consorțiul subliniază faptul că colaborarea dintre centrele academice și companii va fi esențială pentru transpunerea acestor rezultate experimentale în soluții clinice reale.
Relevanța pentru pacienții din Europa și provocările viitoare
Deși studiul a fost realizat în Statele Unite, impactul său este direct relevant pentru persoanele cu SLA, leziuni ale măduvei spinării sau accident vascular cerebral În Europa, inclusiv în Spania, unde îmbătrânirea populației și creșterea bolilor neurodegenerative cresc cererea de tehnologii de asistență pentru comunicare an de an.
În sistemele de sănătate precum cel din Spania, cu o puternică componentă publică, aceste tipuri de dezvoltări sunt de obicei evaluate nu doar pentru eficacitatea lor clinică, ci și pentru impactul lor asupra mediului. eficiența costurilor și capacitatea sa de integrare în rețelele de reabilitare neurologică și îngrijirea la domiciliu. Posibilitatea ca interfețele creier-computer să funcționeze în medii casnice favorizează adoptarea lor viitoare, cu condiția simplificării echipamentului și a reducerii costurilor componentelor.
Privind spre anii următori, cercetătorii propun mai multe domenii de îmbunătățire. Una dintre acestea implică introducerea tastaturi personalizate sau sisteme de stenografie care permit o tastare și mai rapidă; o alta, pentru a profita de aceeași tehnologie pentru a încerca să restabiliți mișcările de atingere și prindere la persoanele cu paralizie a membrelor superioare, utilizând tiparele deja identificate ale activității neuronale.
Se vorbește, de asemenea, despre combinarea acestor interfețe cu alte instrumente de asistență, cum ar fi cititoare de ecran, asistenți vocali sau dispozitive de automatizare a locuinței, cu scopul de a construi... medii de locuit mai accesibile pentru cei care depind de un scaun cu rotile sau necesită îngrijire continuă. Toate acestea având același fir comun: reconectarea creierului persoanei cu lumea din jurul ei atunci când corpul său a încetat să mai răspundă.
Luate împreună, acest nou studiu clinic demonstrează că un interfață creier-computer implantabilă Poate oferi persoanelor cu paralizie severă o formă de comunicare scrisă rapidă, precisă și suficient de stabilă pentru a fi utilizată în viața de zi cu zi, ceea ce reprezintă un pas important către soluții care nu numai că prelungesc viața, ci le permit oamenilor să trăiască cu o mai mare autonomie și capacitate de a relaționa cu ceilalți.