211service.com
Proteza dla mowy
Od ponad ośmiu lat Erik Ramsey jest uwięziony we własnym ciele. W wieku 16 lat Ramsey doznał urazu pnia mózgu po wypadku samochodowym, co spowodowało u niego stan znany jako zespół zamknięcia. W przeciwieństwie do innych form paraliżu, zamknięci pacjenci nadal mogą odczuwać czucie, ale nie mogą poruszać się samodzielnie i nie są w stanie kontrolować złożonych mięśni głosowych wymaganych do mówienia. W przypadku Ramseya jego oczy są jedynym środkiem komunikacji: ku niebu za tak, w dół za nie.
Mówiąc głośno: Naukowcy z Boston University projektują protezę mowy, która może pewnego dnia przełożyć myślenie na słowo mówione dla osób z pewnymi zaburzeniami mowy. Zespół zeskanował mózg sparaliżowanego pacjenta i odkrył, że w obszarze motorycznym mózgu zaangażowanym w mowę (pomiędzy czerwoną i żółtą linią) niektóre obszary świecą się (na pomarańczowo) zgodnie z różnymi dźwiękami, które pacjent wypowiada w myślach.
Teraz naukowcy z Uniwersytetu Bostońskiego opracowują oprogramowanie komputerowe do czytania mózgu, które w istocie przekłada myśli na mowę. W połączeniu z syntezatorem mowy, taka technologia komunikacji mózg-maszyna umożliwiła Ramseyowi wokalizowanie samogłosek w czasie rzeczywistym – ogromny krok w kierunku odzyskania pełnej mowy dla Ramseya i innych pacjentów z paraliżującymi zaburzeniami mowy. Naukowcy prezentują swoje prace na corocznym Amerykańskie Towarzystwo Akustyczne spotkanie w Paryżu w tym tygodniu.
Pytanie brzmi, czy możemy uzyskać wystarczającą ilość informacji, które dają zrozumiałą mowę? pyta Philip Kennedy o Sygnały neuronowe , twórca interfejsu mózg-komputer z siedzibą w Atlancie. Myślę, że w tym momencie jest w tym dobry strzał.
Kennedy'ego i Frank Guenther , profesor nadzwyczajny na Wydziale Systemów Poznawczych i Neuronowych Uniwersytetu w Bostonie, od trzech lat dekoduje aktywność w mózgu Ramseya za pomocą stałej elektrody wszczepionej pod powierzchnię jego mózgu, w regionie kontrolującym ruch ust, warg, i szczęki. Podczas typowej sesji zespół prosi Ramseya o wypowiedzenie w myślach określonego dźwięku, takiego jak „ooch” lub „ach”. Kiedy powtarza dźwięk w swojej głowie, elektroda odbiera lokalne sygnały nerwowe, które są przesyłane bezprzewodowo do komputera. Oprogramowanie następnie analizuje te sygnały pod kątem typowych wzorców, które najprawdopodobniej oznaczają ten konkretny dźwięk.
Oprogramowanie ma na celu przełożenie aktywności neuronowej na tak zwane częstotliwości formantowe, czyli częstotliwości rezonansowe traktu głosowego. Na przykład, jeśli twoje usta są szeroko otwarte, a język jest przyciśnięty do podstawy ust, podczas przepływu powietrza wytwarzana jest określona częstotliwość dźwięku, w zależności od pozycji mięśni głosowych. Różne ułożenie mięśni tworzy inną częstotliwość. Guenther wyszkolił komputer, aby rozpoznawał wzorce sygnałów neuronowych powiązanych z określonymi ruchami ust, szczęki i warg. Następnie przetłumaczył te sygnały na odpowiadające im częstotliwości dźwiękowe i zaprogramował syntezator dźwięku, aby wyświetlał te częstotliwości z powrotem przez głośnik w formie audio.
Do tej pory Guenther i Kennedy zaprogramowali syntezator tak, aby odtwarzał dźwięki w ciągu 50 milisekund – czyli niemal natychmiast – od momentu, gdy Ramsey po raz pierwszy wypowiedział je w swojej głowie. Ta funkcja odtwarzania dźwięku pozwoliła Ramseyowi ćwiczyć mentalne wyrażanie samogłosek, najpierw przez usłyszenie swojej początkowej wypowiedzi, a następnie poprzez dostosowanie swojej mentalnej reprezentacji dźwiękowej w celu poprawy następnego odtwarzania. Jonathan Brumberg, doktorant w laboratorium Guenthera, mówi, że chociaż każda próba przebiegała powoli – wymaga to dużego wysiłku ze strony Ramseya – wyniki są obiecujące. W tym momencie może całkiem dobrze wykonać te samogłoski, mówi Brumberg. Jesteśmy teraz całkiem pewni, że to samo można osiągnąć ze spółgłoskami.
Ponieważ jednak spółgłosek jest cztery razy więcej niż samogłosek, odkodowanie wszystkich dźwięków może zająć zespołowi lata, nie wspominając o łączeniu ich razem, aby rozpoznać i wytworzyć płynną mowę. Brumberg mówi, że zespół może potrzebować wszczepić więcej elektrod w obszarach przeznaczonych wyłącznie na język, usta lub usta, aby uzyskać dokładny obraz bardziej złożonych dźwięków, takich jak spółgłoski.
Elektroda wychwytuje tylko około 56 różnych sygnałów neuronowych, mówi Brumberg. Ale musisz pomyśleć: w mózgu są miliardy komórek z bilionami połączeń, a my pobieramy tylko bardzo małą część tego, co tam jest.
Zespół nie ma w najbliższym czasie planów wszczepienia Ramseyowi dodatkowych elektrod. Jednak Guenther bada również nieinwazyjne metody badania produkcji mowy u normalnych ochotników. On i Brumberg skanują mózgi normalnych mówców za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Gdy ochotnicy wykonują różne zadania, takie jak nazywanie obrazków i mentalne powtarzanie różnych dźwięków i słów, w odpowiedzi zapalają się aktywne obszary mózgu.
Guenther i Brumberg planują przeanalizować te skany pod kątem typowych wzorców, skupiając się na określonych obszarach związanych z określonymi dźwiękami, aby pewnego dnia wszczepić dodatkowe elektrody w te regiony. Naukowcy twierdzą, że dekodowanie sygnałów w tych obszarach może pomóc w tłumaczeniu mowy osobom z zaburzeniami, takimi jak zespół zamknięcia i inne formy paraliżu.
W przypadku pacjentów z pewnymi rodzajami zaburzeń związanych z mową wywodzących się z obwodowego układu nerwowego takie podejście jest bardzo obiecujące, mówi Vincent Gracco , dyrektor Centrum Badań nad Językiem, Umysłem i Mózgiem na Uniwersytecie McGill. Istnieje możliwość dostarczenia użytecznych sposobów komunikowania się pacjentom z nie funkcjonującą mową w sposób, który nie został jeszcze zbadany.