Усовершенствованный интерфейс «мозг-компьютер» восстанавливает речь у пациента с боковым амиотрофическим склерозом

Интерфейс мозг-компьютер (ИМК) нового поколения, способный преобразовывать сигналы мозга в речь с точностью до 97%, позволил восстановить речевые функции у пациента с боковым амиотрофическим склерозом (БАС). 

«Ранее существовавшие системы речевого ИМК часто допускали ошибки в словах, что затрудняло понимание речи пользователя и создавали преграды для полноценного общения. Наша работа представляет самый точный речевой нейропротез, созданный на сегодняшний день», — заявил в пресс-релизе доктор Дэвид Брандман, соруководитель исследования и содиректор Лаборатории нейропротезирования Калифорнийского университета в Дэвисе.

Данная технология позволила мужчине с тяжелыми нарушениями речи вследствие БАС общаться с семьей, друзьями и опекунами. Эта инновация существенно изменила качество его жизни. «Он может говорить со своей 4-летней дочерью, чего не мог делать ранее из-за своего состояния», — отметил доктор Сергей Ставиский, соруководитель и содиректор Лаборатории нейропротезирования Калифорнийского университета в Дэвисе, в интервью для Medscape Medical News.

Результаты исследования, опубликованные 14 августа в журнале The New England Journal of Medicine, демонстрируют новую веху в развитии технологий ИМК.

Технология ИМК позволяет людям с параличом общаться, преобразовывая мозговую активность, связанную с попыткой произнести речь, в текст, который отображается на экране компьютера. Однако традиционные системы ИМК требовали длительного обучения и имели ограниченную точность, что затрудняло использование в повседневной жизни.

Новая система продемонстрировала выдающуюся производительность с первых дней использования. У 45-летнего мужчины с БАС, страдающего тетрапарезом и тяжелой дизартрией, была проведена хирургическая имплантация четырех микроэлектродных массивов в левую вентральную прецентральную извилину через 5 лет после начала заболевания. Эти массивы регистрируют нейронную активность с 256 кортикальных электродов.

ИМК интерпретирует сигналы мозга, когда пациент пытается говорить, и преобразует их в текст. Раскодированные слова отображаются на экране и озвучиваются компьютером с использованием синтезированного голоса, созданного на основе аудиозаписей голоса пациента до развития БАС.

Пациент успешно использовал систему как в подсказываемых, так и в спонтанных диалогах. В обоих случаях декодирование речи происходило в режиме реального времени. Уже на первый день использования (через 25 дней после операции) нейропротез достиг точности 99,6% при словарном запасе в 50 слов. На второй день, после дополнительного 1,4-часового обучения, система достигла точности 90,2% при использовании словарного запаса в 125 000 слов. В течение последующих 8,4 месяцев точность оставалась на уровне 97,5%.

Для сравнения, точность декодированной речи с предыдущими системами ИМК составляла около 75%, сообщил доктор Ставиский. Пациент использовал систему для общения со скоростью около 32 слов в минуту в течение более 248 часов.

«Такой уровень точности представляет собой новую веху в развитии речевых нейропротезов», — отметил доктор Эдвард Чанг в сопроводительной редакционной статье. Он подчеркнул, что достигнутая производительность приближается к точности современных систем распознавания речи, которые транскрибируют аудио в текст.

Исследовательская команда Калифорнийского университета в Дэвисе отмечает, что результаты отражают опыт одного пациента, сохранившего некоторую остаточную речевую функцию. Планируется дальнейшее расширение исследования с участием большего числа пациентов и дальнейшим усовершенствованием технологии.

Кроме того, остается неясным, насколько долгосрочно устойчива система, особенно по мере прогрессирования БАС.

В отдельном отчете, опубликованном 14 августа в журнале The New England Journal of Medicine, исследователи описали более 7 лет использования системы ИМК женщиной с БАС, которой система была имплантирована в 2016 году. В течение нескольких лет пациентка использовала систему ИМК для общения, но в последние годы точность устройства снизилась из-за прогрессирования БАС, что привело к прекращению использования системы.

В своей редакционной статье доктор Чанг отметил, что за последнее десятилетие концепция речевого нейропротеза перешла от научной фантастики к реальности. Он подчеркнул, что достигнутый прогресс в разработке ИМК для восстановления коммуникации у людей с параличом является значительным. Однако для дальнейшего развития необходимы новые устройства и нейронные интерфейсы, которые обеспечат высокую производительность и долгосрочную надежность.