Команда нейробиологов, нейрохирургов и инженеров из Университета Дьюка разработала революционный речевой протез – имплант в мозг, который способен переводить сигналы мозга человека в речь. Это устройство, описанное 6 ноября в журнале Nature Communications, может в будущем помочь людям, которые утратили способность говорить из-за неврологических заболеваний, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС) или синдром “запертого человека”, вернуть возможность общения через интерфейс “мозг-компьютер”.
Новый прорыв в технологии речевых протезов
Текущие системы речевых протезов имеют ограничения: скорость декодирования речи составляет около 78 слов в минуту, тогда как люди обычно говорят со скоростью примерно 150 слов в минуту. Это задержка возникает из-за малого количества датчиков, которые могут быть прикреплены к поверхности мозга для считывания его активности.
Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи под руководством Грегори Когана, доктора наук и профессора неврологии из Университета Дьюка, и Джонатана Вивенти, доктора наук и профессора биомедицинской инженерии, разработали новый имплант. Он содержит 256 микроскопических датчиков, размещенных на крошечной гибкой пластине размером с почтовую марку. Это позволяет более точно различать сигналы, поступающие от различных клеток мозга, что помогает точнее предсказать, что человек пытается сказать.
Процесс тестирования импланта
Для проверки технологии исследователи сотрудничали с нейрохирургами из Университета Дьюка, которые временно установили импланты четырем пациентам во время плановых операций на мозге. Испытуемые выполняли простую задачу: они слушали и повторяли набор бессмысленных слов, таких как “ава” или “куг”, пока устройство записывало активность их мозга, контролирующего работу речевых мышц.
После этого данные об активности мозга были переданы в алгоритм машинного обучения для предсказания произносимых звуков. В некоторых случаях система предсказывала звук с точностью до 84%, особенно когда он был первым в строке из трех звуков.
Хотя общий уровень точности системы составлял 40%, что может показаться низким, это был впечатляющий результат, учитывая, что данные были собраны всего за 90 секунд. В то время как аналогичные системы требуют часов данных для обучения.
Будущее технологии
Исследовательская группа уже работает над беспроводной версией импланта благодаря гранту в размере 2,4 миллиона долларов от Национального института здоровья США. Это позволит пациентам больше двигаться и не зависеть от источников питания, что значительно повысит удобство использования устройства.
Хотя разработка еще далека от внедрения в повседневную жизнь, ученые уверены, что однажды они смогут достичь скорости и точности, которые позволят устройству работать наравне с естественной речью.