Заговорив без слів: як нейротехнології стають рятівним кругом для тих, хто втратив голос
Зображення: aam.com.ua Тестування нейропротезного апарата, що трансформує мозкові хвилі пацієнта в мовні сигнали. Пояснення нейроімплантів.
Людський мозок й досі вважають найскладнішим і найзагадковішим органом.
Хоча мозок важить лише близько 2 % від загальної маси тіла людини, саме він керує всіма функціями організму: рухом, травленням, кровообігом, емоціями, пам'яттю... Це можливо завдяки майже сотні мільярдів нейронів, що утворюють гігантську тривимірну мережу.
Цією гігантською мережею, немов по високовольтних лініях, постійно циркулюють електричні сигнали. З їхньою допомогою нейрони спілкуються між собою та передають команди іншим органам.
Нейроімпланти -- це невеличкі пристрої, зазвичай електроди чи зонди, які встановлюють у мозок за допомогою хірургічного втручання або ін'єкції. Вони взаємодіють з нейронами, немов під'єднуючись до їхньої мережі.
З використанням нейроімплантів науковці здатні зчитувати сигнали від нейронів мозку, а також, за допомогою невеликих електричних імпульсів, впливати на їхню активність.
Серед найпоширеніших сучасних клінічних застосувань нейронних імплантатів виділяється глибинна стимуляція мозкових структур, яка здатна полегшувати симптоми багатьох розладів, для яких наразі не існує ефективного лікування. До таких розладів належать хвороба Паркінсона, певні види епілепсії та навіть депресія.
Ізраїльські наукові дослідження
Головною ціллю втручання у функціонування мозку 37-річного пацієнта з Ізраїлю, згаданого на початку, була боротьба з епілепсією, яка не піддавалася іншим методам лікування.
Ось варіант унікалізованого тексту: Отже, медики ухвалили рішення імплантувати електроди в мозок пацієнта, щоб локалізувати ділянку, де нейрони надмірно збуджуються під час епілептичних нападів.
Крім того, з дозволу пацієнта, лікарі вирішили провести експеримент: виявити нейрони, що активуються під час мислення та спроби відтворення звуків, а потім спробувати відтворити їхні сигнали за допомогою штучного інтелекту.
На початковій фазі, коли пацієнту імплантували глибинні електроди в мозок, науковці попросили його вимовити звуки "a" і "e". Під час цього вони зафіксували активність нейронів.
Використовуючи глибинне й машинне навчання, дослідники навчили моделі штучного інтелекту розрізняти нейрони, електрична активність яких вказувала на бажання пацієнта артикулювати один звук -- "a" чи "e".
На завершальному етапі експерименту пацієнт лише уявляв, як промовляє один з двох звуків. У цей момент глибинні електроди, які були інтегровані в його мозок, передавали електричні імпульси до комп'ютера. Комп'ютер обробляв ці сигнали і потім генерував звук.
І ось машина навчилася розрізняти два звуки! Якщо на початку точність відтворення становила близько 85 %, то в наступних випробуваннях вона навіть покращала!
Дослідження ізраїльських науковців представляють важливий прорив у напрямку створення ефективного інтерфейсу мозок-комп'ютер, що дозволить людям, які втратили здатність говорити через хвороби, такі як бічний аміотрофічний склероз чи інсульт стовбура мозку, спілкуватися із зовнішнім світом. У майбутньому ця технологія має потенціал значно підвищити рівень життя таких пацієнтів.
Зображення: TEL AVIV UNIVERSITY. Піддослідний з мовним нейроімплантом лежить із закритим ротом, подумки вимовляючи склад, тоді як ноутбук озвучує його за нього. Виклики в застосуванні нейроімплантів.
Незважаючи на перспективні досягнення, нещодавно представлені науковцями, нейроімпланти використовуються лише в рамках окремих клінічних випробувань.
Адже наразі технології ще досить складні, крім того, існує чимало ризиків застосування для людей.
Головний недолік полягає в тому, що всі нейронні імпланти є інвазивними: їх необхідно фізично вбудовувати у мозкову тканину. Це викликає локальні ушкодження та запальні процеси, що з часом призводить до збоїв у роботі нейроімплантів, роблячи їхнє функціонування нестабільним і неточним.
Ба більше, нейроімплантати наразі не є цілком автономними – вони потребують джерела живлення. Це створює додаткові складнощі для їх тривалого застосування.
Попри ці обмеження, чимало науковців з оптимізмом вірять, що вже найближчим часом вдасться суттєво вдосконалити технології, і нейронні імплантати для реабілітації людей, відновлення та навіть підвищення когнітивних здібностей стануть однією з найпопулярніших інновацій.
