Kehilangan suara atau keupayaan untuk menaip mesej ringkas boleh menyebabkan seseorang yang mengalami lumpuh terukIni lebih daripada sekadar batasan fizikal: ia melibatkan melihat autonomi, hubungan, dan sebahagian besarnya, rancangan hidup mereka semakin berkurangan. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, neuroteknologi telah memberi tumpuan kepada masalah ini, mencari cara untuk individu-individu ini berkomunikasi semula tanpa bergantung pada sistem yang perlahan dan meletihkan.
Dalam konteks ini, sebuah pasukan penyelidikan AS telah berjaya menguji antara muka otak-komputer yang boleh diimplan mampu mengubah pergerakan jari menjadi teks pada papan kekunci maya. Peranti ini, yang masih dalam fasa eksperimen, telah diuji pada dua orang yang hampir lumpuh sepenuhnya dan telah mencapai kelajuan menaip dan tahap ketepatan yang hampir sama dengan seseorang yang tidak mempunyai kecacatan motor.
Neuroprostesis yang menterjemahkan percubaan menaip kepada huruf
Karya ini ditandatangani oleh saintis dari Institut Neurosains Mass Jeneral Brigham, di Boston, dan daripada Universiti Brownyang telah bekerjasama selama bertahun-tahun dalam konsortium BrainGate, satu inisiatif yang tertumpu pada pembangunan antara muka otak-komputer untuk penghidap lumpuhKajian baharu yang diterbitkan dalam jurnal saintifik Nature Neuroscience, menggambarkan neuroprostesis penulisan yang tidak menggerakkan kursor, tetapi sebaliknya bergantung pada papan kekunci QWERTY konvensional sebagai titik permulaan.
Untuk mencapai matlamat ini, para penyelidik menanamkan sensor mikroelektrod dalam korteks motorKawasan otak yang terlibat dalam mengawal pergerakan tangan dan jari secara sukarela. Mikroelektrod ini mengesan aktiviti elektrik yang berlaku apabila seseorang cuba menggerakkan jari mereka secara mental untuk menekan kekunci, walaupun badan tidak dapat melaksanakan isyarat tersebut disebabkan oleh kecederaan tersebut.
Di hadapan peserta ditunjukkan sebuah papan kekunci QWERTY standard disertai dengan gambaran skematik jari. Setiap huruf dikaitkan dengan kombinasi kedudukan jari tertentu (contohnya, atas, bawah atau bengkok). Apabila pengguna membayangkan pergerakan ini, elektrod mengumpul isyarat saraf dan menghantarnya ke sistem komputer yang... diterjemahkan ke dalam aksara teks.
Prosesnya tidak terhenti di situ: output dekoder melalui model bahasa ramalanSama seperti ciri pembetulan automatik pada telefon bimbit, ia membantu membetulkan ralat dan melengkapkan perkataan, supaya ayat terakhir adalah koheren dan setepat mungkin dengan niat pesakit.
Dua pesakit lumpuh teruk sebagai kes ujian
Perbicaraan itu dijalankan dengan dua orang yang lumpuh yang sangat terukSeorang peserta menghidap sklerosis lateral amiotrofik peringkat lanjut (ALS) dan seorang lagi dengan kecederaan saraf tunjang serviks yang menyebabkannya mengalami quadriplegic. Kedua-duanya adalah sebahagian daripada program klinikal BrainGate dan memberikan persetujuan mereka untuk menguji neuroprostesis penulisan baharu.
Selepas pembedahan implantasi mikroelektrod, para sukarelawan menjalani latihan ringkas dengan sistem tersebut. Ia mengambil masa kira-kira 30 frasa penentukuran supaya perisian tersebut boleh melaraskan algoritma penyahkodannya kepada isyarat saraf setiap orang. Dari situ, mereka diminta untuk menulis mesej hanya menggunakan percubaan mereka untuk menggerakkan jari mereka pada papan kekunci maya yang dipaparkan pada skrin.
Keputusannya luar biasa kerana kelajuan dan ketepatannya. Salah seorang peserta mencapai kelajuan tertinggi 110 aksara seminitIni diterjemahkan kepada kira-kira 22 patah perkataan seminit, dengan kadar ralat perkataan sebanyak 1,6%. Margin ralat itu adalah serupa dengan seseorang menaip dengan tangan pada papan kekunci fizikal atau pada skrin telefon pintar.
Sukarelawan kedua, yang menghidap ALS peringkat lanjut dan memerlukan pengudaraan mekanikal, juga berjaya menghasilkan ayat yang mudah difahami melalui sistem, walaupun pada kadar yang agak perlahan. Dalam kesnya, kepentingan kemajuan ini amat ketara, memandangkan dia telah hilang keupayaan untuk bercakap sepenuhnya dan tidak dapat menggunakan teknologi bantuan konvensional tanpa usaha yang besar.
Satu aspek yang amat penting dalam percubaan ini ialah kedua-dua pesakit dapat gunakan peranti ini di rumah anda sendiriDan bukan sahaja dalam persekitaran hospital atau makmal yang ketat. Ini menunjukkan bahawa, dengan pembangunan selanjutnya, teknologi ini boleh diintegrasikan ke dalam sistem sokongan harian supaya mereka yang mengalami lumpuh teruk boleh berkomunikasi dari rumah dengan ahli keluarga, penjaga atau profesional penjagaan kesihatan.
Mengapa antara muka ini berbeza daripada sistem semasa
Hari ini, ramai penghidap lumpuh yang masih mengekalkan kawalan mata bergantung pada peranti penjejakan mataSistem ini membolehkan pengguna memilih huruf atau ikon dengan menggerakkan mata mereka merentasi skrin, tetapi, seperti yang diterangkan oleh pesakit sendiri, ia lambat, meletihkan untuk digunakan dan mudah mengalami ralat. Dalam banyak kes, pengguna akhirnya meninggalkannya kerana kekecewaan yang disebabkannya.
Neuroprosthesis BrainGate mengambil pendekatan yang berbeza: daripada menjejaki pandangan atau menggerakkan kursor dengan pemikiran, ia memberi tumpuan kepada menyahkod percubaan pergerakan jari pada papan kekunci yang biasa digunakan oleh hampir semua orang yang celik huruf. Strategi ini mempunyai dua kelebihan yang jelas: di satu pihak, ia membolehkan kita memanfaatkan memori motor yang dibangunkan oleh ramai pesakit selama bertahun-tahun menggunakan papan kekunci fizikal; di pihak yang lain, ia memudahkan jangkauan kelajuan tulis yang lebih tinggi berbanding sistem komunikasi augmentatif yang lain.
Tambahan pula, penggunaan algoritma kecerdasan buatan, baik untuk menyahkod isyarat saraf mahupun untuk model bahasa, menyumbang kepada ketepatan yang lebih baik tanpa memerlukan usaha kognitif yang berlebihan daripada pengguna. Individu tersebut tidak perlu "memikirkan huruf individu", tetapi sebaliknya membayangkan menggerakkan jari mereka seperti yang mereka lakukan jika mereka benar-benar menaip.
Menurut pasukan penyelidikan, gabungan sensor implan, pemprosesan isyarat lanjutan dan model bahasa ini mengubah antara muka otak-komputer dalam alternatif yang semakin kukuh kepada penyelesaian sedia ada, sekurang-kurangnya untuk kumpulan pesakit tertentu yang mengalami lumpuh teruk yang tidak mendapat tindak balas yang mencukupi dalam sistem konvensional.
Peranan konsortium BrainGate dan unjuran masa hadapan
Pembangunan neuroprostesis ini adalah sebahagian daripada kerja konsortium BrainGatePersatuan Neurosains Antarabangsa (INCAA), yang ditubuhkan pada tahun 2004, menghimpunkan pakar neurologi, saintis saraf, jurutera, saintis komputer, pakar bedah saraf, ahli matematik dan pakar lain dari pelbagai institusi akademik. Matlamat bersama mereka adalah untuk mencipta teknologi yang membolehkan... memulihkan fungsi yang hilang pada orang yang menghidap penyakit neurologi, kecederaan saraf tunjang atau amputasi.
Sepanjang dua dekad yang lalu, BrainGate telah menunjukkan dalam ujian terkawal bahawa antara muka otak-komputer boleh digunakan untuk mengawal kursor, lengan robot atau peranti luaran berdasarkan aktiviti otak. Kemajuan yang kini diterbitkan memberi tumpuan khusus kepada komunikasi bertulis, bidang utama bagi mereka yang telah kehilangan keupayaan untuk bertutur dan keupayaan untuk menggunakan papan kekunci fizikal.
Mereka yang bertanggungjawab dalam percubaan ini menekankan bahawa teknologi ini masih dalam fasa penyelidikan. Persoalan seperti berikut masih belum dapat dijawab: ketahanan implan, kestabilan isyarat dari semasa ke semasa, kemungkinan risiko yang berkaitan dengan pembedahan, kemudahan penggunaan sistem domestik atau kesesuaiannya dengan pembiayaan sistem kesihatan, termasuk sistem Eropah.
Walaupun dengan langkah berjaga-jaga ini, pasukan itu percaya bahawa peranti itu membuka laluan untuk industri berkembang dalam jangka masa sederhana. versi komersial neuroprostesis disesuaikan dengan pesakit dengan profil lumpuh yang berbeza. Konsortium ini menekankan bahawa kerjasama antara pusat akademik dan syarikat akan menjadi kunci untuk menterjemahkan hasil eksperimen ini kepada penyelesaian klinikal yang sebenar.
Relevan untuk pesakit di Eropah dan cabaran yang akan datang
Walaupun kajian ini dijalankan di Amerika Syarikat, kesannya secara langsung berkaitan dengan orang yang menghidap ALS, kecederaan saraf tunjang atau strok Di Eropah, termasuk Sepanyol, di mana penuaan penduduk dan peningkatan penyakit neurodegeneratif meningkatkan permintaan untuk teknologi bantuan komunikasi tahun demi tahun.
Dalam sistem penjagaan kesihatan seperti Sepanyol, dengan komponen awam yang kuat, perkembangan jenis ini biasanya dinilai bukan sahaja untuk keberkesanan klinikalnya, tetapi juga untuk keberkesanan kos dan keupayaannya untuk mengintegrasikan dalam rangkaian pemulihan neurologi dan penjagaan di rumah. Kemungkinan antara muka otak-komputer berfungsi dalam persekitaran rumah memihak kepada penggunaannya pada masa hadapan, dengan syarat peralatan dipermudahkan dan komponennya menjadi lebih murah.
Menjelang tahun-tahun akan datang, para penyelidik mencadangkan beberapa perkara untuk penambahbaikan. Salah satunya melibatkan pengenalan papan kekunci atau sistem stenografi tersuai yang membolehkan penaipan lebih pantas; satu lagi, untuk memanfaatkan teknologi yang sama bagi cuba memulihkan pergerakan mencapai dan menggenggam pada penghidap lumpuh anggota badan atas, menggunakan corak aktiviti saraf yang telah dikenal pasti.
Terdapat juga perbincangan tentang menggabungkan antara muka ini dengan alat sokongan lain, seperti pembaca skrin, pembantu suara atau peranti automasi rumah, dengan tujuan untuk membina persekitaran hidup yang lebih mudah diakses bagi mereka yang bergantung pada kerusi roda atau memerlukan penjagaan berterusan. Semua ini dengan benang merah yang sama: menghubungkan semula otak seseorang dengan dunia di sekeliling mereka apabila badan mereka berhenti bertindak balas.
Secara keseluruhannya, percubaan klinikal baharu ini menunjukkan bahawa antara muka otak-komputer yang boleh diimplan Ia boleh memberikan orang yang mengalami lumpuh teruk satu bentuk komunikasi bertulis yang pantas, tepat dan cukup stabil untuk digunakan dalam kehidupan seharian, yang merupakan langkah penting ke arah penyelesaian yang bukan sahaja memanjangkan hayat tetapi juga membolehkan orang ramai hidup dengan autonomi yang lebih besar dan keupayaan untuk berhubung dengan orang lain.