Implantavę specialius elektrodus į „uždaryto viduje sindromo“ (angl. locked-in syndrome) paveikto žmogaus smegenis, mokslininkai pademonstravo sistemą neuronų signalams perduoti belaidžiu būdu į kalbos sintezatorių. Minties konvertavimo į kalbą procesas trunka apie 50 milisekundžių - tiek pat laiko savo mintis reikšdamas žodžiais užtrunka ir neparalyžiuotas neurologiškai sveikas žmogus.
Šis tyrimas yra pirmasis sėkmingas atvejis, kai pademonstruotas veikiantis nuolatos implantuotas belaidžio ryšio implantas, realiu laiku kontroliuojantis išorinę elektroninę įrangą. Tyrimui vadovavo Bostono universiteto (JAV) neurologas Frankas Guentheris, kuris eksperimentus vykdė kartu su Harvardo universiteto ir Masačūsetso technologijų instituto mokslininkais. “Mūsų rezultatai rodo, jog naudodamasis smegenų ir mašinos sąsaja, vartotojas gali tiesiogiai kontroliuoti išvedamą garsą, ir kad jam nebereikia naudoti palyginti lėto spausdinimo klaviatūra proceso“, - Guentheris sakė portalui „PhysOrg.com“.
Kalbai sintezuoti skirtos smegenų ir mašinos sąsajos schema. Insulto sukeltas pažeidimas (raudonas kryželis) sutrikdo kalbos funkciją, tačiau motorinis kalbos planavimo centras smegenų žievėje išlieka sveikas. Elektrodais surinkti kalbiniai signalai sustiprinami ir per skalpą siunčiami bevieliu būdu, radijo bangomis. F. Guentherio iliustr.
Tyrimo metu mokslininkai naująją technologiją išbandė su savanoriškai sutikusiu dalyvauti 26 metų amžiaus vyru, patyrusiu galvos smegenų žievės insultą. Insultas pažeidė smegenų kanalą, atsakingą už ryšį tarp judesius valdančių motorinių neuronų ir likusios smegenų dalies. Nors jo sąmonė ir pažintiniai gebėjimai nenukentėjo, jis yra visiškai suparalyžiuotas ir gali tik lėtai judinti akis vertikaliai kryptimi. Ši reta būsena yra vadinama „uždaryto viduje sindromu“.
Prieš penkerius metus, kai eksperimento dalyviui buvo 21 metai, mokslininkai implantavo elektrodą netoli ribos, skiriančios kalbinę smegenų sritį ir kairiąją ventralinę motorinę smegenų žievės dalį (angl. left ventral premotor cortex). Pamažu prie elektrodo priaugo neuronai, ir praėjus 3-4 mėnesiams jie jau pradėjo perduoti signalus elektrodų laidams. Praėjus trims metams po implantavimo, mokslininkai ėmėsi testuoti smegenų ir mašinos sąsaja, kuri skirta kalbai sintezuoti realiu laiku. Sistema yra „telemetrinė“ - jai nereikia jokių jungčių ar laidų, išlendančių pro žmogaus odą - taip eliminuojama infekcijos rizika. Vietoj to, elektrodai sustiprina ir konvertuoja neuronų signalus į dažninės moduliacijos (FM) radijo bangas. Šie signalai belaidžiu būdu perduodami per skalpą į dvi rites, kurios prie žmogaus galvos pritvirtintos naudojant vandenyje tirpią pastą. Ritės suveikia kaip priimančioji radijo bangų antena. Implantuotam elektrodui energiją tiekia indukcinis ryšys tarp maitinimo šaltinio ritės (kuri taip pat tvirtinama prie galvos) ir elektrodo priimančiosios ritės. Galiausiai signalai perduodami į elektrofiziologinę įrašymo sistemą, kuri signalus skaitmenizuoja ir surūšiuoja. Atskirtos charakteringos signalo dalys, nešančios reikiamą informaciją, siunčiamos į neuralinį dekoderį - specialią programą, veikiančią asmeniniame kompiuteryje. Šios programos suformuotas signalas perduodamas į programinį kalbos sintezatorių, veikiantį tame pačiame kompiuteryje. Kol kas sistema sėkmingai išbandyta tik su trimis balsėmis. Visas konvertavimo procesas vidutiniškai trunka 50 milisekundžių.
Mokslininkai įsitikinę, jog patobulinus sistemą, bus galima atkurti ir priebalses. Signalams perduoti buvo naudojamas vienas trijų kontaktų elektrodas, o tai reiškia, jog panaudojus papildomus elektrodus ir jais fiksuojant kelių smegenų sričių generuojamus impulsus bei pritaikius patobulintą dekodavimą, būtų galima sukurti sparčiai ir tiksliai veikiantį kalbos sintezatorių, galintį atkurti platų garsų diapazoną. „Artimiausiuose planuose esame numatę sintezatorių, kuris gali atkurti tiek balses, tiek priebalses, ir tuo pačiu kuris būtų paprastas naudoti“, - sako Guentheris. “Mes taip pat tobuliname techninę dalį ir siekiame gerokai padidinti elektrodais aprėpiamą neuronų skaičių, o tai turėtų stipriai padidinti sistemos veikimo efektyvumą“. Apskritai vertinant, šis darbas žymį svarbų pasiekimą kuriant neuroninius protezus. Sukurtas aparatas nereikalauja sudėtingos išorinės įrangos, išskyrus bevielį imtuvą ir nešiojamą kompiuterį. Ankstesnės smegenų ir mašinos sąsajos, skirtos komunikacijai, yra labai lėtos ir sugeba atkurti vos vieną žodį per minutę. Naujoji sistema turi potencialią galimybę užtikrinti realaus laiko pokalbį ir gali iki minimumo sumažinti stiprų paralyžių patyrusių žmonių socialinę izoliaciją.
