211service.com
Protēze runai
Vairāk nekā astoņus gadus Ēriks Remzijs ir ieslodzīts savā ķermenī. 16 gadu vecumā Remzijs guva smadzeņu stumbra traumu pēc autoavārijas, atstājot viņam stāvokli, kas pazīstams kā bloķēta sindroma sindroms. Atšķirībā no citiem paralīzes veidiem, slēgti pacienti joprojām var sajust sajūtu, bet viņi nevar pārvietoties paši un nespēj kontrolēt sarežģītos balss muskuļus, kas nepieciešami runāšanai. Remzija gadījumā viņa acis ir vienīgais saziņas līdzeklis: uz debesīm — jā, uz leju — par nē.
Izrunājot: Bostonas universitātes zinātnieki izstrādā runas protēzi, kas kādu dienu varētu pārvērst domas runātā vārdā cilvēkiem ar noteiktiem ar runu saistītiem traucējumiem. Komanda skenēja paralizēta pacienta smadzenes un atklāja, ka smadzeņu motorajā reģionā, kas iesaistīts runā (starp sarkanajām un dzeltenajām līnijām), noteiktas zonas iedegas (oranžai) atbilstoši dažādām skaņām, ko pacients garīgi izrunā.
Tagad Bostonas universitātes pētnieki izstrādā smadzeņu lasīšanas datoru programmatūru, kas būtībā pārvērš domas runā. Apvienojumā ar runas sintezatoru šāda smadzeņu un mašīnu saskarnes tehnoloģija ir ļāvusi Remzijam reāllaikā vokalizēt patskaņus – tas ir milzīgs solis, lai Remzija un citi pacienti ar paralizējošiem runas traucējumiem atgūtu pilnvērtīgu runu. Pētnieki iepazīstina ar savu darbu ikgadējā Amerikas Akustiskā biedrība tikšanās Parīzē šonedēļ.
Jautājums ir, vai mēs varam iegūt pietiekami daudz informācijas, kas rada saprotamu runu? jautā Filips Kenedijs Neironu signāli , smadzeņu un datora saskarnes izstrādātājs, kas atrodas Atlantā. Es domāju, ka šajā brīdī ir godīgs risinājums.
Kenedijs un Frenks Ginters , Bostonas Universitātes Kognitīvo un neironu sistēmu katedras asociētais profesors, pēdējos trīs gadus ir dekodējis Remzija smadzeņu darbību, izmantojot pastāvīgu elektrodu, kas implantēts zem viņa smadzeņu virsmas, reģionā, kas kontrolē mutes, lūpu, un žokļa. Tipiskas sesijas laikā komanda lūdz Remzijam garīgi pateikt noteiktu skaņu, piemēram, oh vai ah. Kad viņš atkārto skaņu savā galvā, elektrods uztver lokālos nervu signālus, kas bezvadu režīmā tiek nosūtīti uz datoru. Pēc tam programmatūra analizē šos signālus, lai atrastu izplatītus modeļus, kas, visticamāk, apzīmē konkrēto skaņu.
Programmatūra ir izstrādāta, lai pārveidotu neironu darbību tā sauktajās formantu frekvencēs, balss trakta rezonanses frekvencēs. Piemēram, ja mute ir plaši atvērta un mēle ir piespiesta mutes pamatnei, gaisa plūsmai cauri tiek radīta noteikta skaņas frekvence, pamatojoties uz balss muskulatūras stāvokli. Dažāda muskuļu pozicionēšana rada atšķirīgu frekvenci. Ginters apmācīja datoru atpazīt neironu signālu modeļus, kas saistīti ar konkrētām mutes, žokļa un lūpu kustībām. Pēc tam viņš pārveidoja šos signālus korelējošās skaņas frekvencēs un ieprogrammēja skaņas sintezatoru, lai šīs frekvences projicētu atpakaļ caur skaļruni audio formātā.
Līdz šim Ginters un Kenedijs ir ieprogrammējuši sintezatoru, lai tas atskaņotu skaņas 50 milisekundēs — tas ir, gandrīz acumirklī — no brīža, kad Remzijs tās pirmo reizi ierunāja savā galvā. Šī audio atskaņošanas funkcija ir ļāvusi Remzijam praktizēt garīgo patskaņu izrunāšanu, vispirms dzirdot viņa sākotnējo izteikumu, pēc tam pielāgojot viņa garīgās skaņas attēlojumu, lai uzlabotu nākamo atskaņošanu. Džonatans Brumbergs, Gintera laboratorijas doktorants, saka, ka, lai gan katrs izmēģinājums noritēja lēni — no Remzija puses tas prasa lielas pūles, rezultāti ir bijuši daudzsološi. Šobrīd viņš var diezgan labi izpildīt šīs patskaņu skaņas, saka Brumbergs. Mēs tagad esam diezgan pārliecināti, ka to pašu var paveikt ar līdzskaņiem.
Tomēr, tā kā līdzskaņu ir četras reizes vairāk nekā patskaņu, komandai var paiet gadi, lai atšifrētu visas skaņas, nemaz nerunājot par to savienošanu, lai atpazītu un radītu raitu runu. Brumbergs saka, ka komandai var būt nepieciešams implantēt vairāk elektrodu vietās, kas veltītas tikai mēlei, lūpām vai mutei, lai iegūtu precīzu priekšstatu par sarežģītākām skaņām, piemēram, līdzskaņiem.
Elektrods uztver tikai aptuveni 56 atšķirīgus neironu signālus, saka Brumbergs. Bet jums ir jādomā: smadzenēs ir miljardiem šūnu ar triljoniem savienojumu, un mēs ņemam tikai ļoti nelielu daļu no tā, kas tur ir.
Komandai nav tūlītēju plānu implantēt Remziju ar papildu elektrodiem. Tomēr Ginters pēta arī neinvazīvas metodes runas veidošanas pētīšanai parastajiem brīvprātīgajiem. Viņš un Brumbergs skenē parasto skaļruņu smadzenes, izmantojot funkcionālo magnētiskās rezonanses attēlveidošanu (fMRI). Brīvprātīgajiem veicot dažādus uzdevumus, piemēram, nosaucot attēlus un garīgi atkārtojot dažādas skaņas un vārdus, kā atbildes reakcija iedegas aktīvās smadzeņu zonas.
Ginters un Brumbergs plāno analizēt šos skenējumus, lai atrastu kopīgus modeļus, pievēršot nullei noteiktus reģionus, kas saistīti ar noteiktām skaņām, ar mērķi kādu dienu implantēt papildu elektrodus šajos reģionos. Pētnieki saka, ka signālu dekodēšana šajās zonās var palīdzēt tulkot runu cilvēkiem ar traucējumiem, piemēram, bloķēšanas sindromu un citiem paralīzes veidiem.
Pacientiem ar noteiktiem ar runu saistītiem traucējumiem, kuru izcelsme ir perifērā nervu sistēma, šī pieeja ir ļoti daudzsološa, saka. Vincents Grako , Makgila universitātes Valodas, prāta un smadzeņu pētījumu centra direktors. Pastāv potenciāls nodrošināt noderīgu saziņas līdzekli pacientiem, kuriem nav funkcionējoša runa, veidos, kas nav izpētīti.