Представьте, что вы можете общаться, просто мысленно произнося слова, которые хотите произнести. Эта возможность, которая до недавнего времени казалась научной фантастикой, становится реальностью благодаря достижениям в области нейронного протезирования, разработанным учеными Стэнфордского университета.
В прошлом люди с тяжелым параличом полагались на чрезвычайно медленные методы самовыражения. Известный пример - французский журналист Жан-Доминик Боби, который в 1995 году написал свою книгу "Водолазный колокол и бабочка", моргая одним веком, чтобы разобрать буквы, после того как его почти полностью парализовал инсульт. Сегодня современные технологии позволяют пользователям выделять слова на экране, используя только движения глаз или небольшие мышечные жесты.
Недавно исследователи пошли еще дальше, создав мозговые имплантаты, способные преобразовывать нейронные сигналы непосредственно в целые слова. Эти устройства, известные как интерфейсы мозг-компьютер (BCI), обычно требуют от пользователей использования физической речи — утомительного и медленного процесса. Но последнее усовершенствование позволяет общаться исключительно посредством мысли.
Система использует датчики, имплантированные в моторную кору головного мозга, часть мозга, ответственную за передачу команд в голосовой тракт. Модель машинного обучения интерпретирует нейронные сигналы и предсказывает, какие слова пользователь намеревается произнести. Основное различие заключается в том, что в дополнение к реальным движениям моторная кора головного мозга также активируется во время воображаемой речи, то есть когда человек думает о словах, не произнося их вслух.
В исследовании, опубликованном в журнале Cell, приняли участие четверо участников: трое с боковым амиотрофическим склерозом (БАС) и один с инсультом ствола головного мозга. Всем им ранее были имплантированы датчики. Благодаря новой системе участникам нужно было только придумать предложение, которое они хотели бы произнести, и оно появлялось на экране в режиме реального времени. В то время как предыдущие устройства для расшифровки внутренней речи были ограничены несколькими словами, это устройство поддерживает словарный запас до 125 000 слов.
Эрин Кунц, научный сотрудник с докторской степенью и ведущий автор исследования, объясняет, что цель состоит в создании удобной системы, способной обеспечить естественное общение. “Физические попытки говорить утомительны и медленны, а в некоторых случаях требуют многократного дыхания”, - говорит она. Новый имплантат обеспечивает комфортную скорость разговора - от 120 до 150 слов в минуту - без каких-либо дополнительных усилий, кроме обдумывания слов.
По словам Александра Хута, специалиста по BCI из Калифорнийского университета в Беркли, технология работает только тогда, когда пользователь может преобразовать идею в план выступления, даже если он физически не может выполнять движения. В случаях дизартрии, когда нарушена связь между планированием и движением, имплантат особенно полезен.
Участники исследования выразили восторг по поводу новой технологии. Некоторые отметили способность к быстрому общению, а один из них отметил беспрецедентную способность прерывать разговоры, что невозможно при использовании более медленных методов. Чтобы защитить конфиденциальность мыслей, исследователи внедрили командную фразу: “читти-читти-бах-бах”, которая запускала или приостанавливала транскрипцию BCI.
Несмотря на то, что мозговые имплантаты вызывают вопросы о конфиденциальности психического состояния, такие эксперты, как Хут, подчеркивают честность исследовательских групп. “При разработке решений для улучшения жизни людей с параличом основное внимание всегда уделяется пациенту”, - говорит он.
Для Кунц исследование имеет личное значение. Ее отец страдал БАС и потерял способность говорить, и она была его переводчицей в последние годы его жизни. “Я не понаслышке знаю, как важно уметь общаться”, - говорит она. Она также высоко оценивает добровольцев, которые участвовали в исследовании, чтобы помогать другим в будущем, не обязательно стремясь к личной выгоде.
Новый мозговой имплантат может читать мысли с точностью до 74%.
Интерфейсы мозг-компьютер (BCI) не новы, но недавний прорыв Стэнфордского университета может изменить способы общения людей с тяжелым параличом. Эти технологии обеспечивают прямое взаимодействие между мозгом и внешними устройствами и уже используются для управления протезами конечностей путем расшифровки сигналов мозга, связанных с движением.
Предыдущие исследования показали, что BCI могут расшифровывать попытки речи у парализованных людей, превращая активность мозга, связанную с попытками говорить, в понятные слова. Несмотря на то, что они быстрее, чем старые методы, такие как системы слежения за глазами, эти интерфейсы все еще могут быть физически сложными и медленными для людей с ограниченным мышечным контролем.
Чтобы преодолеть это ограничение, команда Стэнфорда исследовала возможность расшифровки внутренней речи — безмолвных мыслей, которые мы храним в своем сознании. “Если вам нужно только думать о словах, вместо того чтобы на самом деле пытаться говорить, это потенциально проще и быстрее для людей”, - сказал Беньямин Мешеде-Краса, соавтор исследования.
В исследовании приняли участие четыре участника с тяжелым параличом, вызванным такими заболеваниями, как боковой амиотрофический склероз (БАС) или инсульт ствола головного мозга. В моторную кору головного мозга, часть мозга, ответственную за управление речью, были имплантированы микроэлектроды для регистрации нейронной активности во время эксперимента.
Участникам было предложено либо попытаться произнести слова, либо представить их в воображении. Исследователи обнаружили, что оба действия активировали схожие участки мозга и сформировали сопоставимые нейронные паттерны. Однако активность мозга, связанная с внутренней речью, была заметно слабее.
Несмотря на это, паттерны были достаточно четкими, чтобы алгоритмы искусственного интеллекта могли изучать и интерпретировать воображаемые слова. Данные внутренней речи использовались для обучения моделей ИИ, способных расшифровывать эти безмолвные мысли.
В ходе демонстрации BCI успешно интерпретировал воображаемые предложения из словаря, насчитывающего до 125 000 слов, с точностью до 74%. Система также могла распознавать незапланированные мысли, такие как числа, когда участники подсчитывали предметы на экране.
Этот прорыв знаменует собой значительный шаг вперед в области коммуникации для людей с параличом, прокладывая путь к более быстрому и естественному взаимодействию с использованием только силы мысли.
