Одно из тяжелых последствий неподвижности и неспособности говорить — потеря возможности рассказать о своих проблемах, задать вопросы, которые тебя беспокоят, дать понять, что ты мыслишь и чувствуешь. Близкие люди, ухаживающие за пациентами, всегда старались придумать способы общения: помните старого Нуартье с внучкой из «Графа Монте-Кристо»? Но узнавать, что хочет сказать человек, по направлению взгляда и с помощью листания словаря в реальной жизни скорее мучительно для обеих сторон, чем увлекательно, и очень непродуктивно. Ситуацию изменили имплантируемые интерфейсы «мозг-компьютер» — вживленные в мозг сенсорные электроды, которые считывают сигналы нейронов, и алгоритмы, превращающие эти сигналы в буквы. Новое устройство предлагает пациенту представить, что он набирает буквы на клавиатуре со стандартной раскладкой. Его точность выше, чем у моделей, которые распознают воображаемую пациентом устную речь или рукописное письмо.
Нейрокомпьютерные интерфейсы для общения с парализованными людьми уже существуют?
Существуют, но пока в клинических исследованиях. Ранее были предложены интерфейсы «мозг-компьютер» для набора текста, основанные на различных принципах. Например, в 2017 году несколько человек испытали устройство, которое позволяет пациенту перемещать курсор по таблице с буквами, и кликать на них по очереди, чтобы набрать фразу. В других вариантах отслеживаются и декодируются движения глаз или активность мозга, сопровождающая попытки произнесения слов (пациент не может говорить, но представляет, как произносит слова) или попытки написания текста от руки.
К сожалению, все эти устройства работают медленно и с ошибками, и даже пациенты, не имеющие никакой альтернативы, могут отказываться от коммуникации с их помощью. Междисциплинарная команда BrainGate, которая занимается имплантируемыми интерфейсами «мозг-компьютер» с 2004 года, предположила, что удобнее может быть клавиатура со стандартной раскладкой QWERTY, выведенная на экран перед глазами пациента. В XXI веке логичнее предложить человеку вообразить, что он набирает текст, а не пишет его шариковой ручкой.
Как это работает?
В клиническом исследовании BrainGate2 участвовало два человека: у одного из них был боковой амиотрофический склероз (БАС), у другого травма шейного отдела спинного мозга. Матрицы сенсорных микроэлектродов имплантировали в прецентральную извилину (область мозга, отвечающую за произвольные движения).
Перед участником на дисплее выводили клавиатуру с изображением букв и пальцев, и он пытался выполнять пальцами движения, необходимые для набора текста. Три положения для каждого из десяти пальцев (прямое, слегка согнутое, сильно согнутое) соответствовали буквам латинского алфавита, пробелу и знакам препинания. Электроды регистрировали активность мозга, и затем на полученных данных обучили глубокую нейронную сеть. После этого обученная модель прогнозировала, какой символ человек намеревался набрать, на основе активности его мозга.
И каковы результаты?
Участник с травмой шейного отдела набирал до 110 символов, или 22 слова в минуту — это 81% типичной скорости набора текста на смартфоне. После того, как он набрал всего 30 тренировочных предложений для калибровки устройства, уровень ошибок составил 7%, а в итоге частота ошибочно распознанных слов снизилась до 1,6%. Участник с БАС достиг скорости 47 символов в минуту. Различия между их результатами могут быть связаны как с типом повреждения ЦНС, так и с количеством и расположением электродов (у второго участника их было меньше).
(Можно посмотреть видео, приложенные к статье.)
По сравнению с алгоритмами, распознающими попытки рукописного письма, «клавиатурная» модель реже ошибалась в распознавании округлых гласных букв или похожих по начертанию согласных, таких как r и n. Декодеры звучащей речи также уступали ей в точности.
Авторы статьи считают, что их работа не только облегчит общение с парализованными пациентами, но и может стать шагом к лучшему управлению искусственной рукой, совершающей сложные движения. Но для этого необходимы дальнейшие исследования с участием большего количества людей.
Больше статей о медико-биологических науках на нашем сайте
Темы этого материала связаны с научными исследованиями и результатами опубликованных работ. Информация представлена исключительно в ознакомительных целях. Она не предназначена для постановки диагноза, назначения лечения или принятия медицинских решений.
Материал не содержит медицинских рекомендаций и не должен рассматриваться как руководство к самолечению. Для решения медицинских проблем необходимо обратиться к специалисту.