Ang pagkawala ng boses o ang kakayahang mag-type ng isang simpleng mensahe ay maaaring mangahulugan, para sa isang taong dumaranas ng matinding paralisisIto ay higit pa sa isang pisikal na limitasyon: kinabibilangan ito ng pagtingin sa kanilang awtonomiya, mga relasyon, at, sa malaking bahagi, ang kanilang mga plano sa buhay na nababawasan. Sa mga nakaraang taon, ang neurotechnology ay nakatuon sa problemang ito, naghahanap ng mga paraan para sa mga indibidwal na ito na makipag-ugnayan muli nang hindi umaasa sa mabagal at nakakapagod na mga sistema.
Sa kontekstong ito, matagumpay na nasubukan ng isang pangkat ng pananaliksik sa Estados Unidos ang isang maaaring itanim na interface ng utak-kompyuter kayang baguhin ang galaw ng mga daliri tungo sa teksto sa isang virtual na keyboard. Ang aparato, na nasa yugto pa rin ng eksperimento, ay nasubukan na sa dalawang taong halos ganap na paralisis at nakamit ang bilis ng pagta-type at antas ng katumpakan na malapit sa isang taong walang kapansanan sa paggalaw.
Isang neuroprosthesis na nagsasalin ng mga pagtatangka sa pagta-type sa mga letra
Ang akda ay nilagdaan ng mga siyentipiko mula sa Instituto ng Neuroscience Mass Heneral Brigham, sa Boston, at ng Brown universityna nakikipagtulungan nang maraming taon sa BrainGate consortium, isang inisyatibo na nakatuon sa pagbuo mga interface ng utak-kompyuter para sa mga taong may paralisisAng bagong pag-aaral, na inilathala sa siyentipikong journal na Nature Neuroscience, ay naglalarawan ng isang neuroprosthesis sa pagsusulat na hindi gumagalaw ng cursor, ngunit sa halip ay umaasa sa isang maginoo na QWERTY keyboard bilang panimulang punto.
Upang makamit ito, itinatanim ng mga mananaliksik mga sensor ng microelectrode sa motor cortexAng rehiyon ng utak na kasangkot sa pagkontrol ng boluntaryong paggalaw ng kamay at daliri. Natutukoy ng mga microelectrode na ito ang aktibidad na elektrikal na nangyayari kapag tinangka ng isang tao na igalaw ang kanilang mga daliri upang pindutin ang isang key, kahit na hindi maisagawa ng katawan ang kilos dahil sa pinsala.
Sa harap ng kalahok ay ipinapakita ang isang karaniwang QWERTY na keyboard sinasamahan ng isang eskematikong representasyon ng mga daliri. Ang bawat letra ay nauugnay sa isang partikular na kumbinasyon ng mga posisyon ng daliri (halimbawa, pataas, pababa, o nakabaluktot). Kapag naiisip ng gumagamit ang mga paggalaw na ito, kinokolekta ng mga electrode ang neural signal at ipinapadala ito sa isang computer system na... isinasalin sa mga karakter ng teksto.
Hindi natatapos doon ang proseso: ang output ng decoder ay dumadaan sa isang modelo ng prediksyon ng wikaKatulad ng tampok na autocorrect sa mga mobile phone, nakakatulong ito upang itama ang mga pagkakamali at makumpleto ang mga salita, upang ang pangwakas na pangungusap ay maging magkakaugnay at tapat hangga't maaari sa intensyon ng pasyente.
Dalawang pasyenteng may matinding paralisis bilang test case
Ang paglilitis ay isinagawa kasama ang dalawang taong may napakalubhang paralisisIsang kalahok na may advanced amyotrophic lateral sclerosis (ALS) at isa pa na may pinsala sa servikal na gulugod na naging dahilan ng kanyang quadriplegic. Pareho silang bahagi ng klinikal na programa ng BrainGate at nagbigay ng kanilang pahintulot na subukan ang bagong writing neuroprosthesis.
Kasunod ng operasyon sa microelectrode implantation, ang mga boluntaryo ay sumailalim sa maikling pagsasanay gamit ang sistema. Inabot ito ng humigit-kumulang 30 parirala ng pagkakalibrate upang maiakma ng software ang mga algorithm ng pag-decode nito sa mga neural signal ng bawat tao. Mula roon, hiniling sa kanila na magsulat ng mga mensahe gamit lamang ang kanilang mga pagtatangka na igalaw ang kanilang mga daliri sa virtual keyboard na ipinapakita sa screen.
Kapansin-pansin ang mga resulta dahil sa kanilang bilis at katumpakan. Isa sa mga kalahok ang nakarating sa pinakamataas na bilis na 110 karakter kada minutoIto ay katumbas ng humigit-kumulang 22 salita kada minuto, na may word error rate na 1,6%. Ang margin of error na iyon ay katulad ng sa isang taong nagta-type gamit ang kamay sa isang pisikal na keyboard o sa screen ng isang smartphone.
Ang pangalawang boluntaryo, na dumaranas ng malalang ALS at nangangailangan ng mechanical ventilation, ay nagtagumpay din makabuo ng mga pangungusap na madaling maunawaan sa pamamagitan ng sistema, bagama't sa medyo mas mabagal na bilis. Sa kanyang kaso, ang kahalagahan ng pag-unlad ay lalong kapansin-pansin, dahil tuluyan na siyang nawalan ng kakayahang magsalita at hindi na niya magamit ang mga kumbensyonal na teknolohiyang pantulong nang walang napakalaking pagsisikap.
Isang partikular na mahalagang aspeto ng pagsubok ay ang parehong mga pasyente ay nagawang gamitin ang aparato sa iyong sariling tahananAt hindi lamang sa isang mahigpit na ospital o laboratoryo. Ipinahihiwatig nito na, sa karagdagang pag-unlad, ang teknolohiya ay maaaring maisama sa pang-araw-araw na mga sistema ng suporta upang ang mga dumaranas ng matinding paralisis ay makapag-usap mula sa bahay kasama ang mga miyembro ng pamilya, tagapag-alaga, o mga propesyonal sa pangangalagang pangkalusugan.
Bakit naiiba ang interface na ito sa mga kasalukuyang sistema
Sa kasalukuyan, maraming taong may paralisis na nakakakontrol pa rin ng kanilang mga mata ang umaasa sa mga aparatong sumusubaybay sa mataPinapayagan ng mga sistemang ito ang mga gumagamit na pumili ng mga letra o icon sa pamamagitan ng paggalaw ng kanilang mga mata sa isang screen, ngunit, tulad ng inilarawan mismo ng mga pasyente, ang mga ito ay mabagal, nakakapagod gamitin, at madaling magkamali. Sa maraming pagkakataon, nauuwi sa pag-abandona ang mga gumagamit sa mga ito dahil sa pagkadismaya na dulot nito.
Ang neuroprosthesis ng BrainGate ay gumagamit ng ibang pamamaraan: sa halip na subaybayan ang tingin o igalaw ang cursor habang nag-iisip, nakatuon ito sa i-decode ang mga pagtatangka sa paggalaw ng daliri sa isang keyboard na pamilyar sa halos sinumang taong marunong bumasa at sumulat. Ang estratehiyang ito ay may dalawang malinaw na bentahe: sa isang banda, pinapayagan tayo nitong samantalahin ang memorya ng motor na nalinang ng maraming pasyente sa paglipas ng mga taon ng paggamit ng mga pisikal na keyboard; sa kabilang banda, pinapadali nito ang pagkamit mas mataas na bilis ng pagsulat kaysa sa iba pang mga sistema ng komunikasyon na nagpapahusay.
Bukod pa rito, ang paggamit ng mga algorithm ng artificial intelligence, kapwa para sa pag-decode ng neural signal at para sa modelo ng wika, ay nakakatulong sa pinahusay na katumpakan nang hindi nangangailangan ng labis na pagsisikap sa pag-iisip mula sa gumagamit. Hindi kailangang "mag-isip ng mga indibidwal na letra" ang tao, ngunit sa halip ay isipin ang paggalaw ng kanilang mga daliri na parang kung sila ay talagang nagta-type.
Ayon sa pangkat ng pananaliksik, ang kombinasyong ito ng mga implantable sensor, advanced signal processing, at mga modelo ng wika ay nagbabago sa mga interface ng utak-kompyuter sa isang lalong matibay na alternatibo sa mga umiiral na solusyon, kahit man lang para sa isang partikular na grupo ng mga pasyenteng may matinding paralisis na hindi nakakahanap ng sapat na tugon sa mga kumbensyonal na sistema.
Ang papel ng BrainGate consortium at mga pagtataya sa hinaharap
Ang pagbuo ng neuroprosthesis na ito ay bahagi ng gawain ng consortium. BrainGateAng International Neuroscience Association (INCAA), na itinatag noong 2004, ay pinagsasama-sama ang mga neurologist, neuroscientist, inhinyero, computer scientist, neurosurgeon, mathematician, at iba pang espesyalista mula sa iba't ibang institusyong akademiko. Ang kanilang karaniwang layunin ay lumikha ng mga teknolohiyang magbibigay-daan... mabawi ang mga nawalang tungkulin sa mga taong may mga sakit sa neurological, pinsala sa spinal cord, o amputation.
Sa nakalipas na dalawang dekada, ipinakita ng BrainGate sa mga kontroladong pagsubok na maaaring gamitin ang mga interface ng utak-kompyuter upang mga cursor sa pagkontrol, mga braso ng robot, o mga panlabas na aparato batay sa aktibidad ng utak. Ang nailalathalang pag-unlad na ito ay partikular na nakatuon sa nakasulat na komunikasyon, isang mahalagang aspeto para sa mga nawalan ng kakayahang magsalita at gumamit ng pisikal na keyboard.
Binigyang-diin ng mga namamahala sa pagsubok na ang teknolohiya ay nasa yugto pa rin ng pananaliksik. Ang mga tanong tulad ng mga sumusunod ay kailangan pang masagot: tibay ng mga implant, ang katatagan ng mga signal sa paglipas ng panahon, ang mga posibleng panganib na kaugnay ng operasyon, ang kadalian ng paggamit ng mga lokal na sistema o ang pagkakaakma ng mga ito sa pagpopondo ng mga sistemang pangkalusugan, kabilang ang mga sistemang Europeo.
Sa kabila ng mga pag-iingat na ito, naniniwala ang pangkat na ang aparato ay nagbubukas ng landas para sa industriya upang umunlad sa katamtamang termino. mga komersyal na bersyon ng mga neuroprostheses inangkop sa mga pasyenteng may iba't ibang profile ng paralisis. Binibigyang-diin ng konsorsyum na ang pakikipagtulungan sa pagitan ng mga akademikong sentro at mga kumpanya ang magiging susi sa pagsasalin ng mga resulta ng eksperimentong ito sa mga tunay na klinikal na solusyon.
Kaugnayan para sa mga pasyente sa Europa at mga paparating na hamon
Bagama't isinagawa ang pag-aaral sa Estados Unidos, ang epekto nito ay direktang may kaugnayan sa mga taong may ALS, mga pinsala sa spinal cord o stroke Sa Europa, kabilang ang Espanya, kung saan ang pagtanda ng populasyon at ang pagtaas ng mga sakit na neurodegenerative ay nagpapataas ng pangangailangan para sa mga teknolohiyang pantulong sa komunikasyon taon-taon.
Sa mga sistema ng pangangalagang pangkalusugan tulad ng sa Espanya, na may malakas na pampublikong bahagi, ang mga ganitong uri ng pag-unlad ay karaniwang sinusuri hindi lamang para sa kanilang klinikal na bisa, kundi pati na rin para sa kanilang pagiging epektibo sa gastos at ang kakayahang isama sa mga network ng rehabilitasyon sa neurological at pangangalaga sa bahay. Ang posibilidad ng paggana ng mga interface ng utak-kompyuter sa mga kapaligiran sa bahay ay pumapabor sa kanilang pag-aampon sa hinaharap, sa kondisyon na ang kagamitan ay gawing simple at ang mga bahagi ay magiging mas mura.
Sa pag-asang marating ang mga darating na taon, ang mga mananaliksik ay nagmumungkahi ng ilang mga aspeto na maaaring pagbutihin. Isa na rito ang pagpapakilala ng mga pasadyang keyboard o sistema ng stenography na nagbibigay-daan para sa mas mabilis na pagta-type; isa pa, upang samantalahin ang parehong teknolohiya upang subukang ibalik ang mga paggalaw sa pag-abot at paghawak sa mga taong may paralisis sa itaas na bahagi ng katawan, gamit ang mga natukoy nang pattern ng aktibidad sa neural.
Mayroon ding usap-usapan tungkol sa pagsasama-sama ng mga interface na ito sa iba pang mga tool sa suporta, tulad ng mga screen reader, voice assistant, o mga home automation device, na may layuning bumuo ng... mas madaling puntahan na mga kapaligirang pamumuhay para sa mga umaasa sa wheelchair o nangangailangan ng patuloy na pangangalaga. Lahat ng ito ay may iisang prinsipyo: muling pagkonekta ng utak ng tao sa mundo sa kanilang paligid kapag ang kanilang katawan ay tumigil sa pagtugon.
Kung pagsasama-samahin, ipinapakita ng bagong klinikal na pagsubok na ito na ang isang maaaring itanim na interface ng utak-kompyuter Maaari itong magbigay sa mga taong may matinding paralisis ng isang uri ng nakasulat na komunikasyon na mabilis, tumpak, at sapat na matatag upang magamit sa pang-araw-araw na buhay, na isang mahalagang hakbang tungo sa mga solusyon na hindi lamang magpapahaba ng buhay kundi magbibigay-daan din sa mga tao na mamuhay nang may higit na awtonomiya at kakayahang makipag-ugnayan sa iba.