Исследователи клиники Ихилов и Тель-Авивского университета сумели добиться невероятного: дали возможность разговаривать пациенту при помощи инновационных технологий, искусственного интеллекта и силы мысли.
В ходе эксперимента пациент представлял, что произносит определенные слоги. Предварительно в его мозг имплантировали особые электроды, которые передавали сигналы мозга компьютеру, который в свою очередь и «озвучивал» пациента. В работе был задействован искусственный интеллект, который изучал закономерности электрической активности мозга и на основе этого смог предсказать фонему, слог, который хотел сказать пациент.
Исследование проводилось под руководством доктора Идо Штрауса, главы отделения функциональной нейрохирургии медицинского центра Ихилов, и профессора Ариэля Танкоса из медицинского факультета Тель-Авивского университета. Результаты этой инновационной работы уже опубликовал журнал Neurosurgery. Исследование дарит надежду многим пациентам, например, даже парализованным из-за БАС, инсульта или повреждений головного мозга, вызванных травмами.
«Потеря способности говорить из-за травмы или болезни – событие сокрушающее,» — пишут в своей статье авторы исследования. – «Но мы представляем инновационный нейропротез речи, который способен искусственно создавать речевые конструкции на основе высокочастотной активности в областях мозга, которые никогда раньше не использовались для нейропротезирования. Они находятся в передней части поясной извилины, орбитофронтальной коре и гиппокампе».
Участником и героем исследования стал 37-летний мужчина, страдающий эпилепсией. Его госпитализировали для стандартной операции по иссечению эпилептического очага. Пациент пошел на операцию, так как входит в группу больных, которые плохо реагируют на медикаментозную терапию. Более того – часто у таких пациентов эпилептический очаг находится не на поверхности коры мозга, а глубоко. Поэтому, чтобы определить, где точно находится очаг, врачи вживляют в мозг пациента специальные глубинные электроды. После этого пациент находится в стационаре, чтобы врачи смогли наблюдать за ним вплоть до следующего приступа. Именно в момент приступа электроды покажут, где точно находится эпилептический очаг. И после этого будет возможно провести операцию должным образом.
«С точки зрения науки, возможность заглянуть в глубину мозга живого человека – это редкая возможность,» — говорит профессор Танкос. – «К моей радости, наш пациент согласился принять участие в эксперименте, который поможет парализованным людям снова выражать свои чувства, потребности и эмоции посредством речи».
В ходе серии экспериментов пациенту удалось заставить нейропротез искусственно воспроизводить разные слоги с точностью до 85%. Далее результаты постоянно улучшались, то можно объяснить нейропластичностью. По словам исследователей, пациент почти сразу смог бесшумно управлять нейропротезом и воссоздавать при его помощи звуки.
На первом этапе эксперимента, когда глубинные электроды уже были имплантированы в мозг пациента, исследователи просили мужчину произнести вслух два звука («а» и «е») и записывали активность мозга, когда он их произносил. При помощи машинного обучения исследователи обучили модели искусственного интеллекта идентифицировать конкретные клетки мозга, электрическая активность которых указывает на желание произнести «а» или «е». И когда ИИ научился распознавать образец электрической активности, связанный с двумя звуками в мозгу пациента, мужчину попросили представить, что он говорит. В результате компьютер расшифровал электрические сигналы и правильно определил звуки, передав их – «а» или «е» соответственно.
«Моя область работы связана с кодированием и декодированием речи, то есть с тем, как отдельные клетки мозга участвуют в речевом процессе: в ее производстве, слушании, в воображении,» — говорит профессор Танкос. – «В этом эксперименте впервые в истории мы смогли связать части речи с активностью отдельных клеток из тех же областей мозга, из которых мы записывали. Это позволило нам различать электрические сигналы. Характеризующие отдельные звуки. Пока что это два звука, но наша цель – достичь полного воспроизведения речи. Хотя даже два разных слога могут позволить полностью парализованному человеку давать сигналы «да» или «нет».
Так, например, в будущем, по словам профессора, можно будет обучать компьютер для пациентов с БАС, когда они еще могут говорить. В таком случае компьютер усвоит электрические сигналы в мозгу конкретного пациента и будет знать, как их использовать в будущем, когда пациент из-за прогрессирования болезни больше не сможет управлять своими мышцами.
Это инновационное исследование является большим шагом на пути к интерфейсу «мозг-компьютер», который сможет заменить для пациентов с вышеупомянутыми заболеваниям пути управления мозгом в процессе создания речи. Он позволит полностью парализованным людям снова общаться с близкими.
В резюме исследования ученые пишут, что значимость полученных результатов заключается в том, что они могут открыть путь к новой стратегии имплантации нейропротеза на более ранних стадиях заболевания (например, БАС), пока способность говорить у человека еще не повреждена. Ведь это позволит улучшить обучение ИИ и потом контролировать речь на поздних стадиях болезни.
Исследование было поддержано грантом Министерства инноваций, науки и технологий Израиля.
Другие новости по теме:
- В медицинском центре Ихилов прошла международная конференция по 3D-технологиям в хирургии
- Инновационный микроскоп в клинике Ихилов для проведения микрохирургических операций
- Уникальное инновационное лечение труднозаживающих ран успешно применили в Ихилов
- После 10-ти лет молчания: врачи Ихилов вернули пациентке голос при помощи инновационной операции
