Kalejdoskop
Każdego roku z powodu różnych chorób, udarów czy wypadków tysiące ludzi traci możliwość mówienia. Jest to poważny problem, ponieważ komunikowanie się z takimi osobami jest czasami trudne lub w ogóle niemożliwe, szczególnie wtedy, gdy cierpią one dodatkowo na rozległy paraliż. Naukowcy od wielu lat pracują nad różnymi metodami rozwiązania tego problemu. Neurochirurg Edward Chang z University of California dokonał ostatnio przełomowego eksperymentu...
Neuroproteza mowy
Dotychczasowe badania w tej dziedzinie ograniczały się do literowania. Tak zwane neuroprotezy do komunikacji wyłapywały z mózgu sygnały, za pomocą których chory sterował kursorem i na wirtualnej klawiaturze, litera po literze, pisał to, co chce powiedzieć. Cheng i jego zespół poszli jednak w zupełnie innym kierunku. Skoncentrowali się na sygnałach kontrolujących mięśnie aparatu mowy. Uczony wraz z kolegami opracował „neuroprotezę mowy”, czyli urządzenie, które u ciężko sparaliżowanego pacjenta rejestruje sygnały w mózgu i przekłada je na mowę. Jest to pierwsza udana demonstracja bezpośredniego dekodowania z mózgu pełnych wyrazów u osoby, która jest sparaliżowana i nie może mówić.
W ciągu ostatniej dekady Chengowi bardzo pomogli pacjenci z University of California San Francisco Epilepsy Center. Były to osoby, które operowano w celu znalezienia źródła epilepsji i na powierzchni ich mózgów umieszczano elektrody. Wszystkie te osoby mówiły i zgodziły się na dokonanie badań, podczas których analizowano aktywność ich mózgów w czasie mówienia. W ten sposób udało się stworzyć mechanizm przekładający sygnały z mózgu, służące do sterowania aparatem mowy, na słowa. Jednak sam ten fakt nie gwarantował, że ten sam mechanizm okaże się skuteczny u osób, których aparat mowy został sparaliżowany.
Chang wszczął program badawczy o nazwie BRAVO (Brain-Computer Interface Restoration Arm and Voice). Pierwszy eksperymentalny pacjent był w wieku poniżej 40 lat. Mężczyzna 15 lat wcześniej doznał poważnego udaru, który uszkodził połączenia pomiędzy jego mózgiem, kończynami i aparatem mowy. Od tamtej pory człowiek ten komunikował się ze światem za pomocą bardzo ograniczonych ruchów głowy i wskaźnika przyczepionego do czapki bejsbalowej, przy pomocy którego pokazywał litery na ekranie.
Naukowcy umieścili na mózgu pacjenta gęstą sieć elektrod, która badała aktywność w korze ruchowej i ośrodkach mowy. W czasie 48 sesji nagrali 22 godziny aktywności neuronów. W czasie tego nagrywania pacjent starał się wielokrotnie wypowiadać każde z 50 słów ze specjalnie skonstruowanego słownika, a elektrody rejestrowały aktywność jego mózgu. Później zaś pacjentowi zadawano pytania, a ten miał na nie odpowiadać. Nie robił tego oczywiście głosowo – jego mózg generował odpowiednie impulsy, które wysyłane były do komputera. To, co miał zamiar powiedzieć, ukazywało się na ekranie, zwykle po kilku sekundach. Nie jest to szybkość piorunująca, ponieważ ludzie zwykle wypowiadają ok. 200 wyrazów na minutę. Jednak wszelkie metody pisania czy kontrolowania kursora są wolniejsze i bardziej pracochłonne.
Chang mówi: – Jeśli przejdziemy bezpośrednio do słów, tak jak robimy to w naszym eksperymencie, wiele zyskamy, gdyż jest to bardziej podobne do naturalnego sposobu mówienia. Testy wykazały, że system działający na podstawie aktywności mózgu jest w stanie pracować ze średnią prędkością 15 wyrazów na minutę, a średnia bezbłędnego generowania wypowiedzi wynosi 75 procent. Najlepszy osiągnięty wynik to 18 wyrazów na minutę i dokładność 93 procent.
Niepokojąca perspektywa
Wspomniane 50 słów to w pewnym sensie materiał wyjściowy, z którego można stworzyć ok. tysiąca zdań. Pacjentowi zadawano proste pytania, takie jak: „czy chce ci się pić?” albo „jak się dziś czujesz?”. Sparaliżowany człowiek, który nie powiedział ani słowa od 15 lat, udzielił prawidłowych odpowiedzi, które zostały wysłane z jego mózgu. Badacze twierdzą, że ich testy miały sprawdzić, czy koncepcja w ogóle ma sens. David Moses, inżynier z laboratorium Changa i jeden z głównych autorów badań, powiedział: – Jesteśmy zachwyceni, że udało się w ten sposób dekodować wiele zdań o różnym znaczeniu. Wykazaliśmy, że można ułatwić pacjentom komunikację w bardzo efektywny sposób.
Trzeba zaznaczyć, że jest to na razie pierwszy eksperyment tego rodzaju, a dalsze badania trwać będą zapewne przez kilka następnych lat. Chodzi przede wszystkim o rozszerzenie słownictwa i przyspieszenie procesu wyświetlania na ekranie słów i zdań z jak największą dokładnością. W dalszej perspektywie istnieje też możliwość zastosowania komputerowych syntetyzatorów mowy, tak by pacjent „mówił” w bardziej tradycyjnym znaczeniu tego słowa.
Badania Changa zdradzają wiele podobieństw do prób odczytywania impulsów wysyłanych przez mózg i kontrolowania w ten sposób protez. Niektórzy sparaliżowani pacjenci mogą dzięki temu uścisnąć komuś dłoń lub podnieść do ust szklankę z wodą przy pomocy elektronicznej protezy ręki. Są to zdumiewające osiągnięcia, a neuroproteza Changa jest jeszcze bardziej zaawansowana, gdyż nie dotyczy fizycznych ruchów ciała, lecz procesów generowania mowy.
Neurochirurgia zdaje się zmierzać do celu, który jeszcze kilka lat temu wydawał się być nieosiągalną mrzonką. Chodzi mianowicie o skuteczne odczytywanie wszystkich sygnałów wysyłanych przez ludzkie mózgi i ich odpowiednią interpretację przez urządzenia znajdujące się poza organizmem. Kiedyś termin „czytanie w myślach” był tylko i wyłącznie metaforą oraz potocznym określeniem zdolności kogoś, kto zdawał się skutecznie odgadywać czyjeś intencje. Dziś staje się to coraz bardziej możliwe w sensie czysto naukowym. Gdyby w niedalekiej przyszłości okazało się, że czytanie w myślach jest istotnie możliwe, wszystkie nasze sekretne przemyślenia stałyby się w pewnym sensie jawne, co jest perspektywą mocno niepokojącą.
Andrzej Malak
