Implantul cerebral care redă vocea pacienților paralizați în timp real. Cum funcționează

Urmărește A1 pe Discover

Cercetătorii au dezvoltat o nouă metodă de interceptare a semnalelor neuronale din creierul unei persoane paralizate.

Dispozitivul poate traduce aceste semnale în vorbire, aproape în timp real, scrie PopSci.

Sistemul de interfață creier-computer (BCI) e asemănător unei versiuni avansate a Google Translate.

Doar că, în loc să transforme o limbă în alta, acesta descifrează datele neuronale și le transformă în propoziții rostite.

Implantul cerebral care redă vocea pacienților paralizați în timp real

Progresele recente în domeniul învățării automate le-au permis cercetătorilor să antreneze sintetizatoare vocale AI cu înregistrări cu vocea proprie a persoanei. Ceea ce face ca vorbirea generată să fie mai naturală și personalizată.

Pacienții cu paralizie au folosit deja sisteme BCI pentru a-și îmbunătăți controlul funcțiilor motorii. De exemplu, prin controlarea mouse-ului de calculator și a unor membre protetice.

Citește și: Ce se întâmplă în creierul tău când împlinești 50 de ani. Schimbarea ascunsă identificată de experți

Acest sistem vizează însă o categorie mai specifică de pacienți, care și-au pierdut și capacitatea de a vorbi. În timpul testelor, o pacientă paralizată a reușit să citească în tăcere propoziții complete, care au fost apoi transformate în vorbire de vocea generată de AI, cu o întârziere de mai puțin de 80 de milisecunde.

Rezultatele studiului au fost publicate săptămâna aceasta în revista Nature Neuroscience, de o echipă de cercetători de la University of California, Berkeley și University of California, San Francisco.

„Abordarea noastră de transmitere în flux aduce aceeași capacitate de decodare rapidă a vorbirii pe care o au dispozitive precum Alexa și Siri în domeniul neuroștiințific,” susține Gopala Anumanchipalli, autorul principal al studiului.

„Cu un algoritm similar, am descoperit că putem decoda datele neuronale. Pentru prima dată, putem permite transmiterea vocii aproape sincron cu activitatea cerebrală. Rezultatul e o sinteză a vorbirii mai naturală și mai fluentă,” a continuat Anumanchipalli.

Cum funcționează dispozitivul inedit

Cercetătorii au lucrat cu o femeie paralizată pe nume Ann, care și-a pierdut capacitatea de a vorbi în urma unui accident. Pentru a colecta date neuronale, echipa i-a implantat o matrice de electrocorticografie (ECoG) de înaltă densitate, cu 253 de canale, deasupra zonei creierului responsabilă de controlul motor al vorbirii.

Cercetătorii i-au înregistrat activitatea cerebrală în timp ce aceasta articula în tăcere sau mima fraze afișate pe un ecran.

În cele din urmă, Ann a primit sute de propoziții, toate bazate pe un vocabular limitat de 1.024 de cuvinte. Această etapă inițială de colectare a datelor le-a permis cercetătorilor să înceapă să-i decodeze gândurile.

„Practic, interceptăm semnalele în punctul în care gândul e transformat în articulare, chiar în mijlocul procesului de control motor,” a declarat Cheol Jun Cho, coautor al studiului. „Așadar, ceea ce decodăm se produce după ce a apărut gândul, după ce am decis ce vrem să spunem, după ce am decis ce cuvinte să folosim și cum să ne mișcăm mușchii tractului vocal.”

Datele neuronale decodificate au fost apoi procesate printr-un model AI de transformare a textului în vorbire, antrenat folosind înregistrări reale ale vocii lui Ann, realizate înainte de accident.

Deși există de mult timp diverse tehnologii menite să ajute persoanele cu paralizie să comunice, acestea sunt adesea prea lente pentru o conversație naturală, purtată alternativ. Stephen Hawking, de exemplu, folosea un computer și un sintetizator vocal pentru a vorbi, însă interfața limitată a sistemului îi permitea să producă doar 10-15 cuvinte pe minut.

Citește și: Cum afectează ecranele creierul copiilor. Experții avertizează părinții să fie atenți cu tabletele și smartphone-urile

Modelele BCI mai avansate au îmbunătățit considerabil viteza comunicării, dar au continuat să întâmpine probleme legate de întârzierea comenzilor.

Această evoluție vine într-un moment în care interfețele creier-computer (BCI) beneficiază de o recunoaștere publică tot mai mare. Neuralink, companie fondată de Elon Musk în 2016, și-a implantat deja cu succes dispozitivul BCI la 3 pacienți umani.

Primul, un bărbat de 30 de ani pe nume Noland Arbaugh, care suferă de tetraplegie, spune că dispozitivul i-a permis să controleze un mouse de calculator și să joace jocuri video folosindu-și doar gândurile.

Între timp, Synchron, o altă companie importantă din domeniul BCI, a demonstrat recent că un pacient care suferă de scleroză laterală amiotrofică (ALS) poate utiliza o cască Apple Vision Pro de realitate mixtă folosind exclusiv semnale neuronale.