неділя10 листопада 2024
lifeukr.net

Заговорив мовчки: як нейротехнології допомагають людям, які втратили здатність розмовляти

07:09 01-09-2024
Випробування нейропротезного пристрою, який перетворює розумові хвилі мозкової активності пацієнта в мову.
Випробування нейропротезного пристрою, який перетворює розумові хвилі мозкової активності пацієнта в мову.

Що таке нейроімпланти

Людський мозок й досі вважають найскладнішим і найзагадковішим органом.

Хоча його вага — лише близько 2 % від загальної маси тіла людини, саме мозок регулює всі функції організму: рух, травлення, кровообіг, емоції, пам’ять… Усе це завдяки майже сотні мільярдів нейронів, з’єднаних між собою у велетенську 3D-павутину.

Цією гігантською мережею, немов по високовольтних лініях, постійно циркулюють електричні сигнали. З їхньою допомогою нейрони спілкуються між собою та передають команди іншим органам.

Нейроімпланти — це невеличкі пристрої, зазвичай електроди чи зонди, які встановлюють у мозок за допомогою хірургічного втручання або ін’єкції. Вони взаємодіють з нейронами, немов під’єднуючись до їхньої мережі.

За допомогою нейроімплантів дослідники можуть зчитувати сигнали від нервових клітин мозку, а потім, пускаючи невеликі електричні розряди, навіть керувати активністю цих нейронів.

Серед найбільш поширених клінічних застосувань нейронних імплантатів сьогодні — глибинна стимуляція структур мозку, що дозволяє зменшити симптоми низки розладів, для яких поки що не знайдено лікування: хвороба Паркінсона, певні типи епілепсії та навіть депресії.

Дослідження вчених Ізраїлю

Основною метою втручання в роботу мозку згаданого на початку 37-річного пацієнта з Ізраїлю була боротьба з епілепсією, котра не реагувала на інші види терапії.

Саме тому лікарі вирішили вживити електроди в його мозок, аби визначити зону, в якій перезбуджуються нейрони під час епілептичного нападу.

А ще за згодою пацієнта медики наважилися на експеримент: визначити й ті нейрони, які активні, коли людина думає та намагається відтворити звуки, та спробувати відтворити сигнал від них за допомогою штучного інтелекту.

На першому етапі, коли пацієнту вживили глибинні електроди в мозок, дослідники попросили чоловіка вимовити вголос «a» й «е» та записали при цьому активність нейронів.

Використовуючи глибинне й машинне навчання, дослідники навчили моделі штучного інтелекту розрізняти нейрони, електрична активність яких вказувала на бажання пацієнта артикулювати один звук — «a» чи «e».

На підсумковому етапі експерименту пацієнт лише думав, як вимовляє один з двох звуків. У цей час глибинні електроди, занурені в його мозок, передавали електричні сигнали до комп’ютера, який їх обробляв, а потім озвучував.

І ось машина навчилася розрізняти два звуки! Якщо на початку точність відтворення становила близько 85 %, то в наступних випробуваннях вона навіть покращала!

Дослідження ізраїльських учених — значний крок до створення повноцінного інтерфейсу мозок-комп’ютера для комунікації із зовнішнім світом людей, які втратили здатність розмовляти через певні хвороби: бічний аміотрофічний склероз, інсульт стовбура мозку тощо. У перспективі ця технологія здатна суттєво покращити якість життя таких пацієнтів.

Учасник експерименту з мовним нейроімплантом лежить мовчки, із закритим ротом він уявляє, що вимовляє склад, а ноутбук артикулює його за нього.
Учасник експерименту з мовним нейроімплантом лежить мовчки, із закритим ротом він уявляє, що вимовляє склад, а ноутбук артикулює його за нього.

Обмеження в застосуванні нейроімплантів

Попри обнадійливі результати, які нещодавно продемонстрували вчені, нейроімпланти застосовують у межах окремих клінічних досліджень.

Адже наразі технології ще досить складні, крім того, існує чимало ризиків застосування для людей.

Основне обмеження — усі нейронні імпланти інвазивні: їх треба фізично вживити у тканину мозку. Це провокує місцеве ушкодження й запалення. Через що за якийсь час нейроімпланти збоять і працюють неточно й нестабільно.

Крім того, нейроімпаланти ще не повністю автономні — їм потрібне джерело живлення. А це ускладнює довготермінове використання.

Незважаючи на ці обмеження, багато вчених оптимістично припускають, що вже в найближчому майбутньому вдасться значно покращити технології — і нейронні імплантати для реабілітації людини, відновлення й навіть покращення когнітивних здібностей стануть однією з найбільш затребуваних інновацій.