A hang elvesztése vagy egy egyszerű üzenet begépelésének képességének elvesztése jelenthet problémát valaki számára, aki ... súlyos bénulásEz sokkal több, mint fizikai korlát: magában foglalja az autonómiájuk, kapcsolataik és nagyrészt az életükre vonatkozó terveik csökkenését. Az elmúlt években a neurotechnológia erre a problémára összpontosított, és olyan módokat keresett, amelyekkel ezek az egyének újra kommunikálhatnak anélkül, hogy lassú és kimerítő rendszerekre támaszkodnának.
Ebben az összefüggésben egy amerikai kutatócsoport sikeresen tesztelt egy beültethető agy-számítógép interfész képes az ujjmozdulatokat szöveggé alakítani egy virtuális billentyűzeten. A még kísérleti fázisban lévő eszközt két, szinte teljesen bénult emberen tesztelték, és olyan gépelési sebességet és pontosságot ért el, amely közel áll egy motoros fogyatékossággal nem rendelkező személy gépeléséhez.
Egy neuroprotézis, amely a gépelési kísérleteket betűkké alakítja
A művet tudósok írták alá Idegtudományi Intézet, Massachusetts General Brigham, Bostonban, és a Brown egyetemakik évek óta együttműködnek a BrainGate konzorciumban, egy olyan kezdeményezésben, amely a fejlesztésre összpontosít agy-számítógép interfészek bénulásban szenvedők számáraA Nature Neuroscience tudományos folyóiratban megjelent új tanulmány egy olyan író neuroprotézist ír le, amely nem mozgatja a kurzort, hanem egy hagyományos QWERTY billentyűzetre támaszkodik kiindulópontként.
Ennek elérése érdekében a kutatók beültetik mikroelektród érzékelők a motoros kéregbenAz agy azon területe, amely az akaratlagos kéz- és ujjmozgások szabályozásában vesz részt. Ezek a mikroelektródák érzékelik azt az elektromos aktivitást, amely akkor keletkezik, amikor egy személy mentálisan megpróbálja mozgatni az ujjait egy billentyű lenyomásához, annak ellenére, hogy a test a sérülés miatt nem tudja végrehajtani a gesztust.
A résztvevő előtt egy szabványos QWERTY billentyűzet az ujjak sematikus ábrázolásával együtt. Minden betűhöz egy adott ujjpozíció-kombináció tartozik (például fel, le vagy behajlítva). Amikor a felhasználó elképzeli ezeket a mozgásokat, az elektródák összegyűjtik az idegi jelet, és elküldik egy számítógépes rendszernek, amely... szöveges karakterekké alakítja.
A folyamat itt nem áll meg: a dekóder kimenete egy prediktív nyelvi modellA mobiltelefonok automatikus javítási funkciójához hasonlóan segít a hibák kijavításában és a szavak kiegészítésében, hogy a végső mondat koherens és a lehető leghűbb legyen a páciens szándékához.
Két súlyos bénulásban szenvedő beteg tesztként
A kísérletet két személlyel végezték, akik nagyon előrehaladott bénulásAz egyik résztvevő előrehaladott amiotrófiás laterális szklerózisban (ALS), a másik pedig nyaki gerincvelő-sérülés ami quadriplegist okozott nála. Mindketten részt vettek a BrainGate klinikai programban, és beleegyezésüket adták az új író neuroprotézis teszteléséhez.
A mikroelektróda beültetési műtétet követően az önkéntesek rövid képzésen vettek részt a rendszerrel. Ez körülbelül 30 kalibrációs kifejezés így a szoftver a dekódoló algoritmusait az egyes személyek idegi jeleihez tudta igazítani. Innentől kezdve arra kérték őket, hogy üzeneteket írjanak, kizárólag az ujjaik képernyőn megjelenő virtuális billentyűzeten történő mozgatására tett kísérleteiket felhasználva.
Az eredmények figyelemre méltóak voltak a sebességük és a pontosságuk miatt. Az egyik résztvevő elérte a ... maximális sebességét. 110 karakter percenkéntEz körülbelül 22 szót jelent percenként, 1,6%-os szóhibaaránnyal. Ez a hibahatár hasonló ahhoz, mintha valaki kézzel gépelne egy fizikai billentyűzeten vagy egy okostelefon képernyőjén.
A második önkéntes, aki előrehaladott ALS-ben szenvedett és gépi lélegeztetésre szorult, szintén sikeresen kezelték a betegséget. érthető mondatokat alkotni a rendszeren keresztül, bár némileg lassabb ütemben. Az ő esetében a haladás jelentősége különösen figyelemre méltó, mivel teljesen elvesztette a beszédképességét, és hatalmas erőfeszítés nélkül nem tudta használni a hagyományos segítő technológiákat.
A vizsgálat egyik különösen fontos aspektusa, hogy mindkét beteg képes volt használja a készüléket saját otthonábanÉs nem csak szigorúan véve kórházi vagy laboratóriumi környezetben. Ez arra utal, hogy további fejlesztéssel a technológia integrálható a mindennapi támogató rendszerekbe, így a súlyos bénulásban szenvedők otthonról kommunikálhatnak családtagjaikkal, gondozóikkal vagy egészségügyi szakemberekkel.
Miért különbözik ez a felület a jelenlegi rendszerektől
Manapság sok bénult ember, aki megőrizte valamennyire a szemmozgásait, a ...-ra támaszkodik. szemkövető eszközökEzek a rendszerek lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy betűket vagy ikonokat válasszanak ki a szemük képernyőn keresztüli mozgatásával, de – ahogy maguk a betegek is leírták – lassúak, fárasztóak a használatuk, és hajlamosak a hibákra. Sok esetben a felhasználók a frusztráció miatt felhagynak velük.
A BrainGate neuroprotézise más megközelítést alkalmaz: a tekintet követése vagy a kurzor gondolatban történő mozgatása helyett a következőkre összpontosít: dekódolja az ujjmozgási kísérleteket egy olyan billentyűzeten, amely szinte minden írástudó személy számára ismerős. Ennek a stratégiának két egyértelmű előnye van: egyrészt lehetővé teszi számunkra, hogy kihasználjuk azt a motoros memóriát, amelyet sok beteg az évek során a fizikai billentyűzetek használata során fejlesztett ki; másrészt megkönnyíti az elérésüket nagyobb írási sebesség mint más augmentatív kommunikációs rendszerek esetében.
Továbbá a mesterséges intelligencia algoritmusok használata – mind az idegi jel dekódolásához, mind a nyelvi modellhez – hozzájárul a pontosság javításához anélkül, hogy túlzott kognitív erőfeszítést igényelne a felhasználótól. A felhasználónak nem kell „egyes betűkre gondolnia”, hanem elképzelnie, hogy az ujjait úgy mozgatja, mintha ténylegesen gépelne.
A kutatócsoport szerint a beültethető érzékelők, a fejlett jelfeldolgozás és a nyelvi modellek kombinációja átalakítja a agy-számítógép interfészek egyre szilárdabb alternatívát kínál a meglévő megoldásokkal szemben, legalábbis a súlyos bénulásban szenvedő betegek egy bizonyos csoportja számára, akiknél a hagyományos rendszerek nem találnak megfelelő eredményt.
A BrainGate konzorcium szerepe és jövőbeli előrejelzések
Ennek a neuroprotézisnek a fejlesztése a konzorcium munkájának része. BrainGateA 2004-ben alapított Nemzetközi Idegtudományi Társaság (INCAA) neurológusokat, idegtudósokat, mérnököket, informatikusokat, idegsebészeket, matematikusokat és más szakembereket tömörít különböző akadémiai intézményekből. Közös céljuk olyan technológiák létrehozása, amelyek lehetővé teszik... elveszett funkciók helyreállítása neurológiai betegségben, gerincvelő-sérülésben vagy amputációban szenvedőknél.
Az elmúlt két évtizedben a BrainGate kontrollált vizsgálatokban bebizonyította, hogy az agy-számítógép interfészek felhasználhatók a következőkre: kurzorok, robotkarok vagy külső eszközök vezérlése agyi aktivitáson alapul. A most közzétett előrelépés kifejezetten az írásbeli kommunikációra összpontosít, amely kulcsfontosságú terület azok számára, akik elvesztették mind a beszédképességet, mind a fizikai billentyűzet használatának képességét.
A kísérlet felelősei hangsúlyozzák, hogy a technológia még mindig a kutatási fázisban van. Az olyan kérdések, mint a következők, még mindig megválaszolásra várnak: az implantátumok tartóssága, a jelek időbeli stabilitása, a műtéttel járó lehetséges kockázatok, a hazai rendszerek könnyű használhatósága vagy illeszkedésük az egészségügyi rendszerek, köztük az európai rendszerek finanszírozásába.
A csapat úgy véli, hogy ezekkel az óvintézkedésekkel is az eszköz középtávú fejlődési utat nyit az iparág számára. neuroprotézisek kereskedelmi forgalomban kapható változatai különböző bénulási profilú betegekhez igazítva. A konzorcium hangsúlyozza, hogy az akadémiai központok és a vállalatok közötti együttműködés kulcsfontosságú lesz ahhoz, hogy ezeket a kísérleti eredményeket valódi klinikai megoldásokká alakítsák.
Relevancia az európai betegek számára és a közelgő kihívások
Bár a tanulmányt az Egyesült Államokban végezték, hatása közvetlenül releváns azokra, akiknél ALS, gerincvelő-sérülések vagy stroke Európában, beleértve Spanyolországot is, ahol a népesség elöregedése és a neurodegeneratív betegségek számának növekedése évről évre növeli a kommunikációt segítő technológiák iránti igényt.
Az olyan egészségügyi rendszerekben, mint a spanyolországi, ahol erős az állami támogatás, az ilyen típusú fejlesztéseket általában nemcsak klinikai hatékonyságuk, hanem a ... szempontjából is értékelik. költséghatékonyság és integrálhatóság a neurológiai rehabilitációs hálózatokban és az otthoni ápolásban. Az agy-számítógép interfészek otthoni környezetben való működésének lehetősége kedvez a jövőbeni elterjedésüknek, feltéve, hogy a berendezések egyszerűsödnek, és az alkatrészek olcsóbbak lesznek.
A kutatók a következő évekre előretekintve számos fejlesztési területet javasolnak. Az egyik ezek közül a következők bevezetése: egyedi billentyűzetek vagy gyorsíró rendszerek amelyek még gyorsabb gépelést tesznek lehetővé; egy másik pedig, hogy ugyanezt a technológiát kihasználva megpróbálják visszaállítani a felső végtagi bénulásban szenvedők nyúló- és megfogó mozgásait, a már azonosított idegi aktivitási mintázatok felhasználásával.
Szó esik arról is, hogy ezeket a felületeket más támogató eszközökkel, például képernyőolvasókkal, hangasszisztensekkel vagy otthonautomatizálási eszközökkel kombinálják, azzal a céllal, hogy... könnyebben hozzáférhető lakókörnyezet azok számára, akik kerekesszékhez szorulnak, vagy folyamatos ápolásra szorulnak. Mindezt ugyanazzal a közös szállal: az ember agyának újrakapcsolódása a körülötte lévő világgal, amikor a teste már nem reagál.
Összefoglalva, ez az új klinikai vizsgálat azt mutatja, hogy a beültethető agy-számítógép interfész Súlyos bénulásban szenvedők számára olyan írásos kommunikációs formát biztosíthat, amely gyors, pontos és elég stabil ahhoz, hogy a mindennapi életben is használható legyen, ami fontos lépés olyan megoldások felé, amelyek nemcsak meghosszabbítják az életet, hanem lehetővé teszik az emberek számára, hogy nagyobb önállósággal éljenek és másokkal való kapcsolatteremtési képességgel rendelkezzenek.