Nature: удивительный мозговой имплантат дает голос людям, которые годами не могли говорить

Фото из открытых источников
Появилась новая надежда для людей, потерявших способность говорить. В двух отдельных случаях ученые успешно использовали мозговые имплантаты и машинное обучение, чтобы вернуть пациентам голос после того, как его лишили; один в результате инсульта, другой в результате бокового амиотрофического склероза (БАС). В совокупности результаты олицетворяют надежду на новый способ общения людей, живущих с параличом, с окружающим миром. Исследование было опубликовано в журнале Nature.
 
«Я хочу, чтобы пациенты… видели меня и знали, что их жизнь еще не окончена», — пишет Энн, которая пережила синдром запертости после инсульта в 2005 году. «Я хочу показать им, что инвалидность не должна останавливать нас или замедлять нас вниз».
 
В последние годы в технологии мозгового интерфейса были достигнуты большие успехи, но это не универсальное решение. Электроды используются для записи нейронной активности человека, когда он думает о выполнении определенной задачи или действия. Эти записи затем используются для обучения оборудования или программного обеспечения выполнению этой задачи; например, протез руки сгибается в ответ на то, что человек думает о том, чтобы согнуть руку.
 
Однако мозговая активность каждого человека различна, поэтому обучение механизма декодированию нервных сигналов необходимо проводить заново для каждого пациента. Учитывая, что язык сам по себе невероятно сложен, создание мозгового интерфейса или нейропротеза, способного переводить мысли человека в произнесенные слова, является непростой задачей.
 
Нейрохирург Эдвард Чанг из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и его коллеги отвечали за восстановление речи Энн, а нейробиолог Фрэнк Уиллетт из Стэнфордского университета и его коллеги восстановили речь Пэт Беннетт, который потерял способность говорить из-за болезни двигательных нейронов БАС; то же самое состояние, которое поразило ныне покойного физика Стивена Хокинга.
 
«Представьте себе, — пишет Беннетт, — насколько другими будут повседневные действия, такие как шоппинг, посещение встреч, заказ еды, поход в банк, разговор по телефону, выражение любви или признательности — даже споры — когда невербальные люди смогут выражать свои мысли в реальное время».
 
Обе команды использовали схожую методологию. В мозг каждого пациента были имплантированы электродные массивы: 128 электродов у Беннетта и 253 у Энн. Затем каждый из них подвергся кропотливому процессу обдумывания произнесения разных слов и предложений.
 
Репертуар Энн состоял из 1024 слов, но она думала и о мимике. Кроме того, ИИ обучили распознавать не слова, а фонемы — основные звуковые единицы, из которых состоят слова. Это резко сократило количество единиц, которые ИИ должен был понять.
 
Команда использовала эти данные и записи разговоров Энн до инсульта, чтобы создать виртуальный аватар, говорящий ее голосом. В конце концов, благодаря своему аватару Энн смогла общаться почти так же быстро, как и окружающие ее люди.
 
«Когда я лежала в реабилитационной больнице, логопед не знала, что со мной делать», — пишет она. «Участие в этом исследовании дало мне чувство цели, я чувствую, что вношу свой вклад в общество. Такое ощущение, что у меня снова есть работа. Удивительно, что я прожила так долго; это исследование позволило мне по-настоящему жить, пока я все еще жива!».
 
Беннетт, с другой стороны, прошел около 100 часов обучения, которое также было основано на фонемах и повторении предложений, случайно выбранных из большого набора данных. Частота ошибок системы после этого обучения при словарном запасе в 50 слов составляет всего 9,1 процента, а речь Беннета декодируется со скоростью около 62 слов в минуту.
 
Уровень ошибок при словарном запасе в 125 000 слов составляет 23,8 процента, но исследователи отмечают, что впервые такой большой словарный запас тестируется с помощью такого рода технологии. Результаты, по общему мнению, чрезвычайно многообещающие.
 
«Эти первоначальные результаты подтвердили концепцию, и в конечном итоге технологии догонят ее и сделают ее легко доступной для людей, которые не могут говорить», — пишет Беннетт. «Для невербальных людей это означает, что они могут оставаться на связи с большим миром, возможно, продолжать работать, поддерживать друзья и семейные отношения».