Urządzenie interfejsu mózg-maszyna przewiduje mowę wewnętrzną drugiego pacjenta

Neurolodzy z Caltech robią obiecujące postępy w kierunku wykazania, że ​​opracowane przez nich urządzenie zwane interfejsem mózg-maszyna (BMI), które opracowali w celu wszczepiania w mózgi pacjentów, którzy utracili zdolność mówienia, może pewnego dnia pomóc wszystkim tym pacjentom komunikować się po prostu myśląc, a nie mówiąc, lub naśladując.

W 2022 roku zespół poinformował, że pacjentowi pomyślnie wszczepiono wskaźnik BMI i wykorzystano go do komunikowania niewypowiedzianych słów. Teraz, Przygotowanie raportów W magazynie Natura ludzkich zachowańNaukowcy wykazali, że BMI zadziałało u drugiego pacjenta.

„To świetna zabawa” – mówi Richard Andersen, profesor neurologii w James J. „Jesteśmy bardzo podekscytowani tymi nowymi odkryciami” – powiedział Boswell, dyrektor i szef kierownictwa Centrum Interfejsu Mózg-Machina Tianqiao i Chrissy Chen w Caltech, który opisał poprzednie badania w niedawnym raporcie. Wykład publiczny w Caltech. „Odtworzyliśmy wyniki u innej osoby, co oznacza, że ​​nie opieramy się na szczegółach mózgu jednej osoby ani na dokładnym miejscu, w którym wylądował implant. W rzeczywistości jest to bardziej prawdopodobne w przypadku większej populacji”.

Wskaźniki BMI są opracowywane i testowane, aby pomóc pacjentom na kilka sposobów. Na przykład niektóre prace skupiały się na opracowaniu wskaźników BMI, które umożliwiają kontrolowanie ramion lub dłoni robotów. Innym grupom udało się przewidzieć mowę uczestników poprzez analizę sygnałów mózgowych zarejestrowanych w obszarach motorycznych, gdy uczestnik szepcze lub naśladuje słowa.

Jednak przewidzenie, co ktoś myśli – wykrycie jego wewnętrznego dialogu – jest znacznie trudniejsze, ponieważ nie wymaga żadnego ruchu, wyjaśnia dr Sarah Wandelt, główna autorka nowego artykułu, a obecnie neuroinżynier w Instytucie Feinsteina. Instytuty Badań Medycznych w Manhasset w stanie Nowy Jork.

Nowe badanie jest jak dotąd najdokładniejsze w przewidywaniu słów wewnętrznych. W tym przypadku zarejestrowano sygnały mózgowe z pojedynczych neuronów w obszarze mózgu zwanym zakrętem nadbrzeżnym, zlokalizowanym w tylnej korze ciemieniowej (PPC). Naukowcy odkryli w A Poprzednie badanie Ten obszar mózgu reprezentuje wypowiadane słowa.

W obecnym badaniu naukowcy najpierw przeszkolili urządzenie BMI do rozpoznawania wzorców mózgowych powstających, gdy określone słowa zostały wewnętrznie wypowiedziane lub pomyślane przez dwóch uczestników z porażeniem czterokończynowym. Ten okres szkolenia trwał tylko około 15 minut. Następnie badacze wyświetlili słowo na ekranie i poprosili uczestnika, aby wewnętrznie „wypowiedział” to słowo. Wyniki pokazały, że algorytmy BMI były w stanie przewidzieć osiem badanych słów, w tym dwa słowa nonsensowne, ze średnią dokładnością odpowiednio 79% i 23% dla uczestników.

„Ponieważ udało nam się znaleźć te sygnały w tym konkretnym obszarze mózgu, PPC, u drugiego uczestnika, możemy teraz potwierdzić, że w tym regionie znajdują się te sygnały mowy” – mówi David Biance, pracownik naukowy ze stopniem doktora w dziedzinie biologii i biologii . Inżynier i autor nowej pracy. „PPC koduje wiele różnych zmiennych związanych z zadaniami. Można sobie wyobrazić, że niektóre słowa można powiązać z innymi zmiennymi w mózgu jednej osoby. Prawdopodobieństwo, że jest to prawdą w przypadku dwóch osób, jest znacznie niższe”.

Ta praca ma jeszcze charakter wstępny, ale może pomóc pacjentom z urazami mózgu, paraliżem lub chorobami, takimi jak stwardnienie zanikowe boczne (ALS), które wpływają na mowę. „Zaburzenia neurologiczne mogą prowadzić do całkowitego paraliżu mięśni dobrowolnych, w wyniku czego pacjenci nie będą w stanie mówić ani się poruszać, ale nadal będą w stanie myśleć i rozumować. W przypadku tej populacji wewnętrzne BMI mowy będzie niezwykle korzystne” – mówi Wandelt.

Naukowcy podkreślają, że wskaźników BMI nie można używać do czytania w ludzkich myślach; Urządzenie musiałoby być trenowane w mózgu każdej osoby indywidualnie i działałoby tylko wtedy, gdy dana osoba skupiłaby się na konkretnym słowie.

Dodatkowi autorzy artykułu „Reprezentacja mowy wewnętrznej przez pojedyncze neurony w ludzkim zakręcie supramarginalnym” to Kelsey Pegsa, dyrektor laboratoriów i badań klinicznych w Caltech oraz Brian Lee i Charles Liu, obaj goście wizytujący w dziedzinie biologii i inżynierii biologicznej z UCLA. Keck School of Medicine na Uniwersytecie Południowej Kalifornii. Bjanes i Liu należą także do Narodowego Centrum Rehabilitacji Rancho Los Amigos w Downey w Kalifornii.