Мозговые имплантаты, речь руководства по программному обеспечению

Наш мозг помнит, как формулировать слова, даже если мышцы, отвечающие за их произнесение вслух, неработоспособны. Соединение мозг-компьютер делает мечту о восстановлении речи реальностью.

23 августа 2023 г. — Брюс Голдман

Фрэнк Уиллетт управляет программным обеспечением, которое переводит попытки Пэт Беннетт заговорить, записанные датчиками в ее мозгу, в слова на экране. Стив Фиш

Рецепт Пэта Беннета немного сложнее, чем «Примите пару таблеток аспирина и позвоните мне утром». Но квартет датчиков размером с детский аспирин, имплантированный в ее мозг, направлен на решение проблемы, которая расстраивает ее и других: потерю способности внятно говорить. Устройства передают сигналы из нескольких областей мозга Беннетт, связанных с речью, в современное программное обеспечение, которое расшифровывает активность ее мозга и преобразует ее в текст, отображаемый на экране компьютера.

Беннетт, которому сейчас 68 лет, — бывший директор по персоналу и бывший наездник, который ежедневно совершал пробежки. В 2012 году ей поставили диагноз боковой амиотрофический склероз — прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, поражающее нейроны, контролирующие движение, вызывающее физическую слабость и в конечном итоге паралич.

«Когда вы думаете о БАС, вы думаете о травмах рук и ног», — написал Беннетт в интервью, проведенном по электронной почте. «Но у группы больных БАС все начинается с речевых проблем. Я не могу говорить».

Обычно БАС сначала проявляется на периферии тела — руках и ногах, кистях и пальцах. У Беннетт ухудшение началось не со спинным мозгом, как это обычно бывает, а со стволом головного мозга. Она все еще может передвигаться, одеваться и печатать пальцами, хотя и с возрастающими трудностями. Но она больше не может использовать мышцы губ, языка, гортани и челюстей, чтобы четко произносить фонемы — или звуковые единицы, такие как ш, — которые являются строительными блоками речи.

Хотя мозг Беннетт все еще может формулировать указания для генерации этих фонем, ее мышцы не могут выполнять команды.

29 марта 2022 года нейрохирург из Стэнфордского медицинского университета разместил два крошечных датчика каждый в двух отдельных областях — оба вовлечены в производство речи — на поверхности мозга Беннета. Датчики являются компонентами внутрикоркового интерфейса мозг-компьютер, или iBCI. В сочетании с современным программным обеспечением для декодирования они предназначены для перевода мозговой активности, сопровождающей попытки речи, в слова на экране.

Примерно через месяц после операции группа ученых из Стэнфорда начала два раза в неделю исследовательские сессии по обучению программного обеспечения, которое интерпретировало ее речь. Через четыре месяца попытки произнесения Беннетта преобразовывались в слова на экране компьютера со скоростью 62 слова в минуту — более чем в три раза быстрее, чем предыдущий рекорд для общения с помощью BCI.

Пэт Беннетт потеряла способность говорить из-за БАС. Стив Фиш

«Эти первоначальные результаты подтвердили концепцию, и в конечном итоге технологии догонят ее и сделают ее легко доступной для людей, которые не могут говорить», — написал Беннетт. «Для тех, кто невербальный, это означает, что они могут оставаться на связи с большим миром, возможно, продолжать работать, поддерживать друзья и семейные отношения».

Темп Беннетта начинает приближаться к скорости естественного разговора среди англоговорящих людей примерно в 160 слов в минуту, говорит Джейми Хендерсон, доктор медицинских наук, хирург, проводивший операцию.

«Мы показали, что можно расшифровать предполагаемую речь, записывая активность очень маленькой области на поверхности мозга», — сказал Хендерсон.

Хендерсон, профессор кафедры нейрохирургии Джона и Джин Блюм-Роберт и Рут Гальперин, является соавтором статьи с описанием результатов, опубликованной 23 августа в журнале Nature. Его состарший автор, Кришна Шеной, доктор философии, профессор электротехники и биоинженерии, умер до публикации исследования.

Фрэнк Уиллетт, доктор философии, научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза, связанный с трансляционной лабораторией нейронного протезирования, которую Хендерсон и Шеной основали в 2009 году, разделяет ведущее авторство исследования с аспирантами Эрин Кунц и Чаофей Фан.