Ztráta hlasu nebo schopnosti napsat jednoduchou zprávu může pro někoho, kdo trpí... těžká paralýzaTo je mnohem víc než jen fyzické omezení: zahrnuje to pokles jejich autonomie, vztahů a do značné míry i samotných životních plánů. V posledních letech se na tento problém zaměřila neurotechnologie a hledá způsoby, jak tito jedinci znovu komunikovat, aniž by se museli spoléhat na pomalé a vyčerpávající systémy.
V této souvislosti americký výzkumný tým úspěšně otestoval implantabilní rozhraní mozek-počítač schopné transformovat pohyby prstů na text na virtuální klávesnici. Zařízení, které je stále v experimentální fázi, bylo testováno na dvou lidech s téměř úplnou paralýzou a dosáhlo rychlosti psaní a úrovně přesnosti blízké osobě bez motorického postižení.
Neuroprotéza, která převádí pokusy o psaní na písmena
Práce je podepsána vědci z Neurovědecký institut Massachusettské generální nemocnice Brigham, v Bostonu a z Hnědá univerzitakteří již léta spolupracují v konsorciu BrainGate, iniciativě zaměřené na vývoj rozhraní mozek-počítač pro lidi s paralýzouNová studie, publikovaná ve vědeckém časopise Nature Neuroscience, popisuje psací neuroprotézu, která nepohybuje kurzorem, ale místo toho se spoléhá na konvenční klávesnici QWERTY jako výchozí bod.
Aby toho dosáhli, vědci implantují mikroelektrodové senzory v motorické kůřeOblast mozku zapojená do řízení volních pohybů rukou a prstů. Tyto mikroelektrody detekují elektrickou aktivitu, ke které dochází, když se člověk v duchu pokouší pohnout prsty a stisknout klávesu, i když tělo kvůli zranění nedokáže gesto provést.
Před účastníkem je zobrazen standardní klávesnice QWERTY doprovázeno schematickým znázorněním prstů. Každé písmeno je spojeno se specifickou kombinací poloh prstů (například nahoru, dolů nebo ohnuté). Když si uživatel tyto pohyby představí, elektrody shromažďují nervový signál a odesílají ho do počítačového systému, který... překládá se do textových znaků.
Proces tím nekončí: výstup dekodéru prochází prediktivní jazykový modelPodobně jako funkce automatických oprav v mobilních telefonech pomáhá opravovat chyby a doplňovat slova tak, aby výsledná věta byla souvislá a co nejvěrnější záměru pacienta.
Dva pacienti s těžkou paralýzou jako testovací případ
Soud byl proveden se dvěma lidmi s velmi pokročilá paralýzajeden účastník s pokročilou amyotrofickou laterální sklerózou (ALS) a druhý s poranění krční míchy což u něj způsobilo kvadruplegii. Oba byli součástí klinického programu BrainGate a dali souhlas s testováním nové neuroprotézy umožňující psaní.
Po operaci implantace mikroelektrod dobrovolníci absolvovali krátké školení o systému. Trvalo přibližně 30 kalibračních frází aby software mohl přizpůsobit své dekódovací algoritmy nervovým signálům každé osoby. Poté byli požádáni, aby psali zprávy pouze pomocí pokusů o pohyb prstů na virtuální klávesnici zobrazené na obrazovce.
Výsledky byly pozoruhodné svou rychlostí a přesností. Jeden z účastníků dosáhl maximální rychlosti 110 znaků za minutuTo odpovídá přibližně 22 slovům za minutu s mírou chybovosti 1,6 %. Tato míra chyby je podobná jako u osoby píšící ručně na fyzické klávesnici nebo na obrazovce chytrého telefonu.
Druhý dobrovolník, trpící pokročilou ALS a vyžadující mechanickou ventilaci, také uspěl. tvořit srozumitelné věty systémem, i když poněkud pomalejším tempem. V jeho případě je význam pokroku obzvláště pozoruhodný, protože zcela ztratil schopnost mluvit a nemohl bez obrovského úsilí používat konvenční asistenční technologie.
Jedním obzvláště důležitým aspektem studie je, že oba pacienti byli schopni používejte zařízení ve vlastní domácnostiA to nejen v striktně nemocničním nebo laboratorním prostředí. To naznačuje, že s dalším vývojem by se tato technologie mohla integrovat do systémů každodenní podpory, aby osoby trpící těžkou paralýzou mohly komunikovat z domova s členy rodiny, pečovateli nebo zdravotnickými pracovníky.
Proč se toto rozhraní liší od současných systémů
Dnes se mnoho lidí s paralýzou, kteří si zachovávají určitou kontrolu zraku, spoléhá na zařízení pro sledování očíTyto systémy umožňují uživatelům vybírat písmena nebo ikony pohybem očí po obrazovce, ale jak popisují sami pacienti, jsou pomalé, únavné na používání a náchylné k chybám. V mnoha případech je uživatelé kvůli frustraci, kterou způsobují, nakonec opustí.
Neuroprotéza BrainGate volí jiný přístup: místo sledování pohledu nebo pohybu kurzoru myšlenkou se zaměřuje na… dekódovat pokusy o pohyb prstů na klávesnici, která je známá téměř každému gramotnému člověku. Tato strategie má dvě jasné výhody: na jedné straně nám umožňuje využít motorickou paměť, kterou si mnoho pacientů vyvinulo v průběhu let používání fyzických klávesnic; na druhé straně usnadňuje dosah vyšší rychlosti zápisu než u jiných augmentativních komunikačních systémů.
Navíc využití algoritmů umělé inteligence, a to jak pro dekódování neuronového signálu, tak pro jazykový model, přispívá ke zlepšení přesnosti, aniž by vyžadovalo nadměrné kognitivní úsilí od uživatele. Osoba nemusí „myslet na jednotlivá písmena“, ale spíše si představuje pohyb prstů, jako by skutečně psala.
Podle výzkumného týmu tato kombinace implantabilních senzorů, pokročilého zpracování signálu a jazykových modelů transformuje rozhraní mozek-počítač ve stále solidnější alternativě ke stávajícím řešením, alespoň pro specifickou skupinu pacientů s těžkou paralýzou, kteří nenacházejí adekvátní odpověď v konvenčních systémech.
Role konsorcia BrainGate a budoucí prognózy
Vývoj této neuroprotézy je součástí práce konsorcia BrainGateMezinárodní neurovědecká asociace (INCAA), založená v roce 2004, sdružuje neurology, neurovědce, inženýry, informatiky, neurochirurgy, matematiky a další specialisty z různých akademických institucí. Jejich společným cílem je vytvářet technologie, které umožňují... obnovit ztracené funkce u lidí s neurologickými onemocněními, poraněním míchy nebo amputacemi.
Během posledních dvou desetiletí společnost BrainGate v kontrolovaných studiích prokázala, že rozhraní mozek-počítač lze použít k… ovládat kurzory, robotická ramena nebo externí zařízení na základě mozkové aktivity. Nyní publikovaný pokrok se zaměřuje konkrétně na písemnou komunikaci, což je klíčová oblast pro ty, kteří ztratili schopnost mluvit i používat fyzickou klávesnici.
Ti, kteří za studii odpovídají, zdůrazňují, že technologie je stále ve fázi výzkumu. Zbývá vyřešit otázky, jako například tyto: trvanlivost implantátů, stabilita signálů v čase, možná rizika spojená s chirurgickým zákrokem, snadnost používání domácích systémů nebo jejich zapojení do financování zdravotnických systémů, včetně evropských.
I přes tato opatření se tým domnívá, že zařízení otevírá cestu k rozvoji tohoto odvětví ve střednědobém horizontu. komerční verze neuroprotéz přizpůsobeno pacientům s různými profily paralýzy. Konsorcium zdůrazňuje, že spolupráce mezi akademickými centry a společnostmi bude klíčová pro převedení těchto experimentálních výsledků do reálných klinických řešení.
Relevance pro pacienty v Evropě a nadcházející výzvy
Přestože byla studie provedena ve Spojených státech, její dopad je přímo relevantní pro lidi s ALS, poranění míchy nebo mrtvice V Evropě, včetně Španělska, kde stárnutí populace a nárůst neurodegenerativních onemocnění rok od roku zvyšují poptávku po technologiích pro podporu komunikace.
V systémech zdravotní péče, jako je španělský, se silnou veřejnou složkou, jsou tyto typy vývoje obvykle hodnoceny nejen z hlediska klinické účinnosti, ale také z hlediska jejich nákladová efektivita a schopnost integrace v neurologických rehabilitačních sítích a domácí péči. Možnost fungování rozhraní mozek-počítač v domácím prostředí svědčí o jejich budoucím přijetí za předpokladu, že se zařízení zjednoduší a komponenty zlevní.
S ohledem na nadcházející roky navrhují výzkumníci několik oblastí pro zlepšení. Jednou z nich je zavedení zakázkové klávesnice nebo stenografické systémy které umožňují ještě rychlejší psaní; další, využít stejnou technologii k pokusu o obnovení pohybů natahování a uchopení u lidí s paralýzou horních končetin s využitím již identifikovaných vzorců nervové aktivity.
Hovoří se také o kombinaci těchto rozhraní s dalšími podpůrnými nástroji, jako jsou čtečky obrazovky, hlasoví asistenti nebo zařízení pro domácí automatizaci, s cílem vybudovat dostupnější životní prostředí pro ty, kteří jsou odkázáni na invalidní vozík nebo vyžadují nepřetržitou péči. To vše se stejným společným prvkem: znovu propojit mozek dané osoby s okolním světem, když její tělo přestane reagovat.
Celkově vzato tato nová klinická studie ukazuje, že implantabilní rozhraní mozek-počítač Může lidem s těžkou paralýzou poskytnout formu písemné komunikace, která je dostatečně rychlá, přesná a stabilní pro každodenní použití, což je důležitý krok k řešením, která nejen prodlužují život, ale také umožňují lidem žít s větší autonomií a schopností navazovat vztahy s ostatními.