21 ژوئیه 2021 دکتر ادوارد چانگ / باربارا ریس، دانشگاه کالیفرنیا سانفرانسیسکو
محققان در UC سانفرانسیسکو با موفقیت «نوروپروتز گفتاری» را ایجاد کردند که به یک مرد با فلج شدید امکان می‌دهد با جملات ارتباط برقرار کند و ترجمه سیگنال‌های مغز او به مجرای صوتی مستقیماً به کلماتی که به صورت متن روی صفحه ظاهر می‌شوند.
این دستاورد بیش از یک دهه تلاش جراح مغز و اعصاب UCSF ادوارد چانگ برای ایجاد فناوری است که به افراد فلج اجازه می‌دهد تا حتی اگر قادر به گفتن کلمات خود نباشند ارتباط برقرار کند.
چانگ، نویسنده ارشد مطالعه، گفت: «از نظر ما، این اولین نمایش موفقیت آمیز رمزگشایی مستقیم کلمات بصورت کامل از فعالیت مغز کسی است که فلج است و نمی‌تواند صحبت کند. این نوید قدرتمندی برای برقراری ارتباط با ماشین گفتار طبیعی مغز را نشان می‌دهد.»
هر ساله هزاران نفر به دلیل سکته، تصادف یا بیماری توانایی تکلم خود را از دست می‌دهند. با پیشرفت بیشتر ایجاد شده، با روشی که در این مطالعه توصیف‌شده می‌تواند روزی این افراد را قادر به برقراری ارتباط کامل کند.
ترجمه سیگنال‌های مغز به گفتار
پیش از این، کار در زمینه نوروپروتزیک ارتباطی بر بازگرداندن ارتباطات از طریق روش‌های مبتنی بر هجی کردن برای تایپ حروف یک به یک در متن بود. مطالعه چانگ به طرزی حیاتی متفاوت است: تیم وی در حال ترجمه سیگنال‌هایی است که برای کنترل عضلات سیستم صوتی برای گفتن کلمات انجام می‌شود، نه سیگنال‌هایی برای بازو یا دست برای امکان تایپ. چانگ گفت که این روش جنبه‌های طبیعی و روانی گفتار را تحت تأثیر قرار می‌دهد و نوید ارتباط سریع و ارگانیک را می‌دهد.
وی گفت: «با گفتار، ما به طور معمول اطلاعات را با سرعت بسیار بالایی، حداکثر 150 یا 200 کلمه در دقیقه برقرار می‌کنیم.»، وی با اشاره به اینکه رویکردهای مبتنی بر هجی با استفاده از تایپ، نوشتن و کنترل مکان‌نما بسیار کندتر و پرزحمت‌تر هستند.
او اشاره کرد: «رفتن مستقیم به کلمات، همان‌طور که در اینجا انجام می‌دهیم، دارای مزایای بزرگی است، زیرا به نحوه صحبت معمول ما نزدیکتر است.»
طی دهه گذشته، پیشرفت چانگ در جهت رسیدن به این هدف توسط بیمارانی در مرکز صرع UCSF که تحت عمل جراحی مغز و اعصاب قرار داشتند، تسهیل شد تا با استفاده از آرایه‌های الکترودی که روی سطح مغز آن‌ها قرار گرفته است، ریشه تشنج را مشخص‌کنند.
این بیماران، که همه آن‌ها گفتار طبیعی داشتند، داوطلب شدند تا روش ضبط مغز خود را برای فعالیت مربوط به گفتار تجزیه و تحلیل کنند. موفقیت اولیه با این داوطلبان صبور، زمینه را برای آزمایش فعلی در افراد فلج فراهم کرد.
پیش از این، چانگ و همکارانش در موسسه علوم اعصاب UCSF Weill از الگوهای فعالیت قشر مغز مرتبط با حرکات مجرای صوتی نقشه برداری کردند .برای ترجمه این یافته‌ها به تشخیص گفتار کامل کلمات، دیوید موسی، دکترای دکترای مهندسی فوق دکترا در آزمایشگاه Chang، روش‌های جدیدی را برای رمزگشایی بلادرنگ آن الگوها و مدل‌های زبان آماری ایجاد کرد تا دقت را بهبود بخشد.
اما موفقیت آن‌ها در رمزگشایی گفتار در شرکت کنندگانی که قادر به صحبت بودند تضمین نمی‌کند که این فناوری در شخصی که دستگاه صوتی‌اش فلج است، کارساز خواهد بود. موسی گفت: «مدل‌های ما نیاز به یادگیری نقشه بین الگوهای پیچیده فعالیت مغز و گفتار مورد نظر داشتند. وقتی شرکت‌کننده نتواند صحبت کند، این یک چالش اساسی است.»
علاوه بر این، تیم نمی‌دانست که آیا سیگنال‌های مغزی کنترل‌کننده مجرای صوتی هنوز برای افرادی که سال‌ها قادر به حرکت دادن عضلات صوتی خود نبودند، سالم است. موسی گفت: «بهترین راه برای فهمیدن اینکه آیا این کار می‌تواند مفید باشد یا خیر همین روش بود.»
50 کلمه اول
برای بررسی پتانسیل این فناوری در بیماران فلج، چانگ با همكار خود كارونش گانگولی، دانشیار عصب شناسی، مشاركت كرد تا مطالعه‌ای را با نام «BRAVO» ترمیم بازو و صدا از رابط بین مغز و رایانه آغاز كند.
اولین شرکت‌کننده در این کار مردی در اواخر 30 سالگی است که بیش از 15 سال پیش دچار سکته مغزی ویرانگر در ساقه مغز شد که به ارتباط مغز و دستگاه صوتی و اندام‌های وی آسیب جدی وارد کرد. از زمان آسیب دیدگی، حرکات سر، گردن و اندام بسیار محدود بوده و با استفاده از اشاره‌گر متصل به کلاه بیس بال برای نوشتن حروف روی صفحه ارتباط برقرار می‌کند.
شرکت کننده، که خواستار نام‌گذاری او به عنوان BRAVO1 بود، با محققان همکاری کرد تا یک واژگان 50 کلمه‌ای ایجاد کند که تیم Chang با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته رایانه‌ای می‌تواند آن را از فعالیت مغز تشخیص دهد. واژگان – که شامل کلماتی مانند «آب»، «خانواده» و «خوب» هستند – برای ایجاد صدها جمله بیان کننده مفاهیم قابل استفاده در زندگی روزمره BRAVO1 کافی بود.
