Gubitak glasa ili sposobnost tipkanja jednostavne poruke može značiti puno više od fizičkog ograničenja za nekoga tko pati od teške paralize : to znači vidjeti kako se smanjuje njihova autonomija, odnosi i, u velikoj mjeri, sami životni planovi. Posljednjih godina neurotehnologija se usredotočila na ovaj problem, tražeći načine da te osobe ponovno komuniciraju bez oslanjanja na spore i iscrpljujuće sustave.
U tom kontekstu, američki istraživački tim uspješno je testirao implantabilno sučelje mozak-računalo sposobno transformirati pokrete prstiju u tekst na virtualnoj tipkovnici. Uređaj, koji je još uvijek u eksperimentalnoj fazi, testiran je na dvije osobe s gotovo potpunom paralizom i postigao je brzinu tipkanja i razinu točnosti blisku onima osobe bez motoričkog oštećenja.
Neuroproteza koja pretvara pokušaje tipkanja u slova
Autori rada su znanstvenici s Instituta za neuroznanost Massachusetts General Brigham u Bostonu i Sveučilišta Brown , koji godinama surađuju u konzorciju BrainGate, inicijativi usmjerenoj na razvoj sučelja mozak-računalo za osobe s paralizom . Nova studija, objavljena u znanstvenom časopisu Nature Neuroscience, opisuje neuroprotezu za pisanje koja ne pomiče kursor, već koristi konvencionalnu QWERTY tipkovnicu kao početnu točku.
Kako bi to postigli, istraživači ugrađuju mikroelektrodne senzore u motorni korteks , područje mozga uključeno u kontrolu voljnih pokreta ruku i prstiju. Ove mikroelektrode detektiraju električnu aktivnost koja se javlja kada osoba mentalno pokušava pomaknuti prste kako bi pritisnula tipku, iako tijelo ne može izvršiti gestu zbog ozljede.
Sudioniku se prikazuje standardna QWERTY tipkovnica zajedno sa shematskim prikazom prstiju. Svako slovo povezano je sa specifičnom kombinacijom položaja prstiju (npr. gore, dolje ili savijeno). Kada korisnik zamisli te pokrete, elektrode prikupe neuronski signal i šalju ga računalnom sustavu koji ga prevodi u tekstualne znakove.
Proces tu ne staje: izlaz dekodera prolazi kroz prediktivni jezični model , sličan automatskom ispravljanju na mobilnim telefonima, koji pomaže u ispravljanju pogrešaka i dovršavanju riječi, tako da je konačna rečenica koherentna i što vjernija pacijentovoj namjeri.
Dva pacijenta s teškom paralizom kao testni slučaj
Ispitivanje je provedeno s dvije osobe s vrlo uznapredovalom paralizom : jedna osoba s uznapredovalom amiotrofičnom lateralnom sklerozom (ALS) i druga s ozljedom vratne leđne moždine koja je uzrokovala tetraplegiju. Oboje su bili dio kliničkog programa BrainGate i pristali su testirati novu neuroprotezu za pisanje.
Nakon operacije implantacije mikroelektroda, volonteri su prošli kratku obuku za rad sa sustavom. Otprilike 30 kalibracijskih rečenica bilo je dovoljno da softver prilagodi svoje algoritme dekodiranja neuronskim signalima svake osobe. Nakon toga, zamoljeni su da tipkaju poruke koristeći samo pokušaje pomicanja prstiju po virtualnoj tipkovnici prikazanoj na zaslonu.
Rezultati su bili izvanredni zbog brzine i točnosti. Jedan je sudionik dosegao maksimalnu brzinu od 110 znakova u minuti , što se prevodi u otprilike 22 riječi u minuti, sa stopom pogrešaka u riječi od 1,6%. Ova stopa pogrešaka slična je onoj kod osobe koja tipka na fizičkoj tipkovnici ili zaslonu pametnog telefona.
Drugi volonter, koji je bolovao od uznapredovale ALS-ove lateralne skleroze i kojem je bila potrebna mehanička ventilacija, također je uspio izgovarati razumljive rečenice putem sustava, iako nešto sporijim tempom. U njegovom slučaju, značaj ovog napretka je posebno značajan, jer je potpuno izgubio sposobnost govora i nije mogao koristiti konvencionalne pomoćne tehnologije bez ogromnog napora.
Posebno važan aspekt ispitivanja jest to što su oba pacijenta mogla koristiti uređaj u vlastitim domovima , a ne samo u strogo bolničkom ili laboratorijskom okruženju. To sugerira da bi se daljnjim razvojem tehnologija mogla integrirati u svakodnevne sustave podrške tako da osobe s teškom paralizom mogu komunicirati od kuće s članovima obitelji, njegovateljima ili zdravstvenim djelatnicima.
Zašto se ovo sučelje razlikuje od trenutnih sustava
Danas se mnogi ljudi s paralizom koji zadržavaju određenu kontrolu nad očima oslanjaju na uređaje za praćenje pogleda . Ti sustavi im omogućuju odabir slova ili ikona pomicanjem očiju po zaslonu, ali, kako su sami pacijenti opisali, spori su, zamorni za korištenje i skloni pogreškama. U mnogim slučajevima, korisnici ih na kraju napuste zbog frustracije koju uzrokuju.
BrainGate neuroproteza ima drugačiji pristup: umjesto praćenja pogleda ili pomicanja kursora mišlju, fokusira se na dekodiranje pokreta prstiju na tipkovnici poznatoj gotovo svakoj pismenoj osobi. Ova strategija ima dvije jasne prednosti: prvo, omogućuje korisnicima da iskoriste motoričku memoriju koju su mnogi razvili tijekom godina korištenja fizičkih tipkovnica; drugo, omogućuje brže tipkanje od drugih sustava augmentativne i alternativne komunikacije (AAC).
Nadalje, korištenje algoritama umjetne inteligencije, kako za dekodiranje neuronskog signala tako i za jezični model, doprinosi poboljšanoj točnosti bez potrebe za pretjeranim kognitivnim naporom od strane korisnika. Osoba ne mora "razmišljati o pojedinačnim slovima", već zamišljati kako pomiče prste kao što bi to činila da stvarno tipka.
Prema istraživačkom timu, ova kombinacija implantabilnih senzora, napredne obrade signala i jezičnih modela čini sučelja mozak-računalo sve robusnijom alternativom postojećim rješenjima, barem za određenu skupinu pacijenata s teškom paralizom koji ne pronalaze adekvatan odgovor u konvencionalnim sustavima.
Uloga konzorcija BrainGate i buduće projekcije
Razvoj ove neuroproteze dio je rada konzorcija BrainGate , koji od 2004. godine okuplja neurologe, neuroznanstvenike, inženjere, računalne znanstvenike, neurokirurge, matematičare i druge stručnjake iz raznih akademskih institucija. Njihov zajednički cilj je stvaranje tehnologija koje omogućuju ljudima s neurološkim bolestima, ozljedama leđne moždine ili amputacijama da povrate izgubljene funkcije .
Posljednja dva desetljeća, BrainGate je u kontroliranim ispitivanjima pokazao da se sučelja mozak-računalo mogu koristiti za upravljanje kursorima, robotskim rukama ili vanjskim uređajima pomoću moždane aktivnosti. Novo objavljeno otkriće posebno se fokusira na pisanu komunikaciju, ključno područje za one koji su izgubili i sposobnost govora i sposobnost korištenja fizičke tipkovnice.
Oni koji vode ispitivanje naglašavaju da je tehnologija još uvijek u fazi istraživanja. Pitanja poput trajnosti implantata , stabilnosti signala tijekom vremena, potencijalnih rizika povezanih s operacijom, jednostavnosti korištenja kućnih sustava i njihove kompatibilnosti s financiranjem zdravstvene zaštite, uključujući europske sustave, još uvijek nisu riješena.
Čak i uz ove mjere opreza, tim vjeruje da uređaj otvara put industriji za razvoj komercijalnih verzija neuroproteza prilagođenih pacijentima s različitim vrstama paralize u srednjoročnom razdoblju. Konzorcij naglašava da će suradnja između akademskih centara i tvrtki biti ključna za prevođenje ovih eksperimentalnih rezultata u stvarna klinička rješenja.
Relevantnost za pacijente u Europi i nadolazeći izazovi
Iako je studija provedena u Sjedinjenim Državama, njezin utjecaj izravno je relevantan za osobe s ALS-om, ozljedama leđne moždine ili moždanim udarom u Europi, uključujući Španjolsku, gdje starenje stanovništva i porast neurodegenerativnih bolesti iz godine u godinu povećavaju potražnju za tehnologijama za komunikacijsku pomoć.
U zdravstvenim sustavima poput španjolskog, s jakom javnom komponentom, ovakvi se razvoji obično procjenjuju ne samo zbog svoje kliničke učinkovitosti, već i zbog svoje isplativosti i mogućnosti integracije u mreže neurološke rehabilitacije i kućne njege. Mogućnost funkcioniranja sučelja mozak-računalo u kućnim okruženjima ide u prilog njihovom budućem prihvaćanju, pod uvjetom da se oprema pojednostavi, a komponente postanu pristupačnije.
Gledajući unaprijed, istraživači predlažu nekoliko puteva za poboljšanje. Jedan uključuje uvođenje prilagođenih tipkovnica ili steganografskih sustava koji bi omogućili još brže tipkanje; drugi je korištenje iste tehnologije za pokušaj vraćanja pokreta dohvata i hvatanja kod osoba s paralizom gornjih udova, koristeći već identificirane obrasce neuronske aktivnosti.
Također se govori o kombiniranju ovih sučelja s drugim alatima za podršku, poput čitača zaslona, glasovnih asistenata ili uređaja za automatizaciju doma, s ciljem stvaranja pristupačnijih životnih okruženja za one koji ovise o invalidskim kolicima ili im je potrebna kontinuirana njega. Sve se to vodi istim načelom: ponovno povezivanje mozga osobe sa svijetom oko nje kada joj tijelo prestane reagirati.
Sveukupno, ovo novo kliničko ispitivanje pokazuje da implantabilno sučelje mozak-računalo može osobama s teškom paralizom pružiti oblik pisane komunikacije koji je brz, točan i dovoljno stabilan za svakodnevnu upotrebu, što predstavlja važan korak prema rješenjima koja ne samo da produžuju život već i omogućuju veću autonomiju i društvenu interakciju.