Удосконалений інтерфейс «мозок-комп'ютер» відновлює мову у пацієнта з боковим аміотрофічним склерозом

Інтерфейс мозок-комп'ютер (ІМК) нового покоління, здатний перетворювати сигнали мозку в мову з точністю до 97%, дозволив відновити мовні функції у пацієнта з боковим аміотрофічним склерозом (БАС).

«Попередні системи мовного ІМК часто допускали помилки у словах, що ускладнювало розуміння мови користувача і створювало бар'єри для повноцінного спілкування. Наша робота представляє найточніший мовний нейропротез, створений на сьогоднішній день», — заявив у пресрелізі доктор Девід Брандман, співкерівник дослідження та співдиректор Лабораторії нейропротезування Каліфорнійського університету в Девісі.

Ця технологія дозволила чоловікові з тяжкими порушеннями мовлення внаслідок БАС спілкуватися з родиною, друзями та опікунами. Ця інновація суттєво змінила якість його життя. «Він може розмовляти зі своєю 4-річною донькою, чого раніше не міг робити через свій стан», — зазначив доктор Сергій Стависький, співкерівник та співдиректор Лабораторії нейропротезування Каліфорнійського університету в Девісі, в інтерв'ю для Medscape Medical News.

Результати дослідження, опубліковані 14 серпня в журналі The New England Journal of Medicine, демонструють новий етап у розвитку технологій ІМК.

Технологія ІМК дозволяє людям із паралічем спілкуватися, перетворюючи мозкову активність, пов'язану зі спробою вимовити слова, у текст, який відображається на екрані комп'ютера. Однак традиційні системи ІМК вимагали тривалого навчання і мали обмежену точність, що ускладнювало їх використання у повсякденному житті.

Нова система продемонструвала видатну продуктивність з перших днів використання. У 45-річного чоловіка з БАС, який страждав на тетрапарез і важку дизартрію, була проведена хірургічна імплантація чотирьох мікроелектродних масивів у ліву вентральну прецентральну звивину через 5 років після початку захворювання. Ці масиви реєструють нейронну активність з 256 кортикальних електродів.

ІМК інтерпретує сигнали мозку, коли пацієнт намагається говорити, і перетворює їх у текст. Розкодовані слова відображаються на екрані та озвучуються комп'ютером за допомогою синтезованого голосу, створеного на основі аудіозаписів голосу пацієнта до розвитку БАС.

Пацієнт успішно використовував систему як у підказуваних, так і в спонтанних діалогах. В обох випадках розшифровка мови відбувалася в режимі реального часу. Уже на перший день використання (через 25 днів після операції) нейропротез досяг точності 99,6% при словниковому запасі в 50 слів. На другий день, після додаткового 1,4-годинного навчання, система досягла точності 90,2% при використанні словникового запасу в 125 000 слів. Упродовж наступних 8,4 місяців точність залишалася на рівні 97,5%.

Для порівняння, точність розшифрованої мови в попередніх системах ІМК становила близько 75%, повідомив доктор Стависький. Пацієнт використовував систему для спілкування зі швидкістю приблизно 32 слова на хвилину протягом понад 248 годин.

«Такий рівень точності представляє собою новий етап у розвитку мовних нейропротезів», — зазначив доктор Едвард Чанг у супровідній редакційній статті. Він підкреслив, що досягнута продуктивність наближається до точності сучасних систем розпізнавання мови, які транскрибують аудіо в текст.

Дослідницька команда Каліфорнійського університету в Девісі відзначає, що результати відображають досвід одного пацієнта, який зберіг деяку залишкову мовну функцію. Планується подальше розширення дослідження за участю більшої кількості пацієнтів і подальше вдосконалення технології.

Крім того, залишається неясним, наскільки довгостроково стійка система, особливо у міру прогресування БАС.

В окремому звіті, опублікованому 14 серпня в журналі The New England Journal of Medicine, дослідники описали більш ніж 7-річний досвід використання системи ІМК жінкою з БАС, якій система була імплантована у 2016 році. Протягом кількох років пацієнтка використовувала систему ІМК для спілкування, але в останні роки точність пристрою знизилася через прогресування БАС, що призвело до припинення використання системи.

У своїй редакційній статті доктор Чанг зазначив, що за останнє десятиліття концепція мовного нейропротеза перейшла від наукової фантастики до реальності. Він підкреслив, що досягнутий прогрес у розробці ІМК для відновлення комунікації у людей з паралічем є значним. Однак для подальшого розвитку необхідні нові пристрої та нейронні інтерфейси, які забезпечать високу продуктивність і довгострокову надійність.