Protéza pro řeč

Více než osm let je Erik Ramsey uvězněn ve svém vlastním těle. V 16 letech utrpěl Ramsey po autonehodě zranění mozkového kmene, které mu způsobilo stav známý jako syndrom uzamčení. Na rozdíl od jiných forem paralýzy mohou uzavření pacienti stále cítit pocity, ale nemohou se sami pohybovat a nejsou schopni ovládat složité hlasové svaly potřebné k mluvení. V Ramseyho případě jsou jeho oči jediným prostředkem komunikace: k nebi pro ano, dolů pro ne.

Mluvit nahlas: Vědci z Bostonské univerzity navrhují řečovou protézu, která může jednoho dne převést myšlenky do mluveného slova pro lidi s určitými poruchami řeči. Tým naskenoval mozek ochrnutého pacienta a zjistil, že v motorické oblasti mozku zapojené do řeči (mezi červenou a žlutou čárou) se určité oblasti rozsvítí (oranžově) podle různých zvuků, které pacient mentálně vyslovuje.

Nyní vědci z Bostonské univerzity vyvíjejí počítačový software pro čtení mozku, který v podstatě převádí myšlenky do řeči. V kombinaci se syntezátorem řeči umožnila tato technologie propojení mozek a stroje Ramseymu vokalizovat samohlásky v reálném čase – což je obrovský krok k obnovení plné řeči pro Ramseyho a další pacienty s paralyzujícími poruchami řeči. Vědci prezentují svou práci na výročním Akustická společnost Ameriky setkání v Paříži tento týden.

Otázkou je, zda dokážeme získat dostatek informací, které produkují srozumitelnou řeč? ptá se Philip Kennedy Nervové signály , vývojář rozhraní mozek-počítač se sídlem v Atlantě. Myslím, že v tomto bodě je v tomto ohledu férová šance.

Kennedy a Frank Guenther , docent na Katedře kognitivních a nervových systémů Bostonské univerzity, dekódovali aktivitu v Ramseyho mozku za poslední tři roky pomocí permanentní elektrody implantované pod povrch jeho mozku, v oblasti, která řídí pohyb úst, rtů, a čelist. Během typického sezení tým požádá Ramseyho, aby v duchu řekl konkrétní zvuk, jako je ooh nebo ah. Když opakuje zvuk v hlavě, elektroda zachytí místní nervové signály, které jsou bezdrátově odeslány do počítače. Software pak analyzuje tyto signály pro běžné vzory, které s největší pravděpodobností označují daný konkrétní zvuk.

Software je navržen tak, aby převáděl neurální aktivitu do takzvaných formantových frekvencí, rezonančních frekvencí vokálního traktu. Máte-li například ústa dokořán a jazyk přitisknutý ke kořeni úst, vytváří se při proudění vzduchu určitá zvuková frekvence na základě polohy hlasového svalstva. Různé umístění svalů vytváří jinou frekvenci. Guenther trénoval počítač, aby rozpoznával vzorce nervových signálů spojených se specifickými pohyby úst, čelistí a rtů. Poté převedl tyto signály do korelujících zvukových frekvencí a naprogramoval zvukový syntezátor, aby tyto frekvence promítal zpět přes reproduktor ve zvukové podobě.

Doposud Guenther a Kennedy naprogramovali syntezátor tak, aby přehrával zvuky do 50 milisekund – tedy téměř okamžitě – od chvíle, kdy je Ramsey poprvé vyslovil v hlavě. Tato funkce přehrávání zvuku umožnila Ramseymu procvičit si mentální hlasové samohlásky, nejprve poslechem jeho počátečního promluvy a poté úpravou jeho mentální zvukové reprezentace, aby se zlepšilo další přehrávání. Jonathan Brumberg, doktorand v Guentherově laboratoři, říká, že ačkoli každý pokus probíhal pomalu – ze strany Ramseyho to vyžaduje velké úsilí – výsledky byly slibné. V tomto okamžiku umí tyto samohlásky docela dobře, říká Brumberg. Nyní jsme si docela jisti, že totéž lze dosáhnout se souhláskami.

Protože však existuje čtyřikrát více souhlásek než samohlásek, může týmu trvat roky, než dekóduje všechny zvuky, nemluvě o jejich spojení, aby rozpoznal a vytvořil plynulou řeč. Brumberg říká, že tým možná bude muset implantovat více elektrod do oblastí vyhrazených pouze jazyku, rtům nebo ústům, aby získal přesný obraz složitějších zvuků, jako jsou souhlásky.

Elektroda zachycuje pouze asi 56 různých nervových signálů, říká Brumberg. Ale musíte přemýšlet: v mozku jsou miliardy buněk s biliony spojení a my odebíráme jen velmi malou část toho, co tam je.

Tým nemá žádné bezprostřední plány implantovat Ramseymu další elektrody. Guenther však také zkoumá neinvazivní metody studia produkce řeči u normálních dobrovolníků. On a Brumberg skenují mozky normálních mluvčích pomocí funkční magnetické rezonance (fMRI). Když dobrovolníci plní různé úkoly, jako je pojmenování obrázků a mentální opakování různých zvuků a slov, aktivní oblasti mozku se v reakci rozsvítí.

Guenther a Brumberg plánují analyzovat tyto skeny na běžné vzory, nulování na konkrétní oblasti související s určitými zvuky, s cílem jednoho dne implantovat do těchto oblastí další elektrody. Vědci tvrdí, že dekódování signálů v těchto oblastech může pomoci přeložit řeč lidem s poruchami, jako je syndrom zamknutého v ní a jiné formy paralýzy.

Pro pacienty s určitými druhy poruch řeči pocházejících z periferního nervového systému je tento přístup velmi slibný, říká Vincent Gracco , ředitel Centra pro výzkum jazyka, mysli a mozku na McGill University. Existuje potenciál poskytnout užitečné prostředky pro komunikaci pacientům, kteří nemají funkční řeč, způsoby, které nebyly prozkoumány.

skrýt