Dok govorimo, naš mozak koreografiše zamršen ples mišića u našim ustima i grlu kako bi formirao zvukove koji čine reči. Ova složena performansa se ogleda u električnim signalima koji se šalju govornim mišićima.
U novom otkriću, naučnici su sada nagurali ogroman niz sićušnih senzora u prostor koji nije veći od poštanske marke, da bi očitali ovu složenu mešavinu električnih signala, kako bi predvideli zvukove koje osoba pokušava da proizvede.
‘Govorna protetika’ otvara vrata budućnosti u kojoj ljudi koji zbog neuroloških stanja ne mogu da govore mogu komunicirati putem misli.
Vaša početna reakcija bi mogla biti da pretpostavite da čita misli. Tačnije – senzori otkrivaju koje mišiće želimo da pomerimo na usnama, jeziku, vilici i larinksu.
„Postoji mnogo pacijenata koji pate od oslabljujućih motoričkih poremećaja, kao što je ALS (amiotrofična lateralna skleroza) ili sindrom zaključane, koji mogu da ugroze njihovu sposobnost govora“, kaže ko-stariji autor, neuronaučnik Gregori Kogan sa Univerziteta Djuk.
„Ali trenutni alati koji su im na raspolaganju za komunikaciju su generalno veoma spori i glomazni.
Slična nedavna tehnologija dekodira govor sa otprilike polovinom prosečne brzine govora. Tim smatra da bi njihova tehnologija trebalo da poboljša kašnjenje jer stane više elektroda na mali niz za snimanje preciznijih signala, iako je potrebno raditi pre nego što govorna protetika bude dostupna javnosti.
„Došli smo do tačke u kojoj je još uvek mnogo sporiji od prirodnog govora, ali možete da vidite putanju do koje biste mogli da stignete tamo“, rekao je u septembru ko-stariji autor i biomedicinski inženjer Univerziteta Djuk Džonatan Viventi.
Istraživači su konstruisali svoj niz elektroda na medicinskoj, ultra tankoj fleksibilnoj plastici, sa elektrodama koje su udaljene manje od dva milimetra jedna od druge i koje mogu da detektuju specifične signale čak i od neurona koji su izuzetno blizu jedan drugom.
Da bi testirali koliko su ovi snimci mozga u mikrorazmeri korisni za dekodiranje govora, privremeno su ugradili svoj uređaj kod četiri pacijenta bez oštećenja govora.
Iskoristivši priliku dok su pacijenti bili na operaciji – trojica zbog poremećaja kretanja i jedan radi uklanjanja tumora – morali su da požure.
„Volim da ga uporedim sa posadom NASCAR u jami“, kaže Cogan. „Ne želimo da dodajemo dodatno vreme operativnoj proceduri, tako da smo morali da uđemo i izađemo u roku od 15 minuta.
„Čim su hirurg i medicinski tim rekli „Idite!“ pojurili smo u akciju i pacijent je izvršio zadatak“.
Dok je mali niz implantiran, tim je bio u stanju da snimi aktivnost u moždanom govornom motornom korteksu koji signalizira govornim mišićima dok su pacijenti ponavljali 52 besmislene reči. „Ne-reči“ su uključivale devet različitih fonema, najmanjih zvučnih jedinica koje stvaraju izgovorene reči.
Snimci su pokazali da fonemi izazivaju različite obrasce puštanja signala, i primetili su da se ovi obrasci okidanja povremeno preklapaju jedan sa drugim, kao na način na koji muzičari u orkestru mešaju svoje note. Ovo sugeriše da naš mozak dinamički prilagođava naš govor u realnom vremenu dok se zvuci stvaraju.
Biomedicinski inženjer Univerziteta Duke Suseendrakumar Duraivel koristio je algoritam za mašinsko učenje da proceni snimljene informacije kako bi odredio koliko dobro aktivnost mozga može predvideti budući govor.
Neki zvuci su bili predviđeni sa 84 posto tačnosti, posebno ako je zvuk započeo nerečju, kao što je ‘g’ u gak. Preciznost je varirala i padala u složenijim situacijama, kao što su fonemi u sredini i na kraju nereči, a sveukupno je dekoder imao prosečnu stopu tačnosti od 40 procenata.
Ovo je zasnovano na uzorku podataka od samo 90 sekundi od svakog učesnika, što je impresivno s obzirom na to da postojećoj tehnologiji treba sati podataka za dekodiranje.
Značajan grant od Nacionalnog instituta za zdravlje je dodeljen za podršku daljem istraživanju i finom podešavanju tehnologije kao rezultat ovog obećavajućeg početka.
„Sada razvijamo istu vrstu uređaja za snimanje, ali bez ikakvih žica“, kaže Kogan. „Mogli biste da se krećete i ne biste morali da budete vezani za električnu utičnicu, što je zaista uzbudljivo.“
