Мозговой имплантат помог воспроизвести беззвучную речь паралитика по нейронной активности

Американские медики установили парализованному мужчине мозговой имплантат, который считывает нейронные сигналы в речевых моторных зонах, и по этой активности компьютер составляет целые фразы. Пока словарный запас у него небольшой — 50 слов — но в будущем технологию планируют усовершенствовать и обучить систему большему количеству слов. Исследование опубликовано в The New England Journal of Medicine.

У людей после инсульта часто поражены мозговые центры, которые отвечают не только за движения конечностей, но и за речь. Если потеря способности говорить сочетается с параличом верхних и нижних конечностей, то пациенту сложно использовать и вспомогательные устройства, которые нужно контролировать руками. Мы уже рассказывали, что американские ученые разработали прототип инвазивного устройства-декодера, позволяющего синтезировать речь по активности мозга при движении органов речевого аппарата. Устройство сначала тестировали на добровольцах, которые произносили фразы вслух, а компьютер обучался понимать паттерн активации нейронов. У парализованных людей такое обучение провести сложнее, если они утратили способность говорить. Также неясно, насколько такие пациенты после десятилетий паралича сохранили способность активировать нейронные сети, отвечающие за речь. Ранее предпринимались попытки считывать отдельные звуки у парализованного человека, но различать слова, а тем более фразы еще не пробовали.

Команда американских медиков под предводительством Эдварда Чанга (Edward F. Chang) из Калифорнийского университета поставила более амбициозную цель, чем их предшественники. Ученые решили научить компьютер считывать отдельные слова у парализованного мужчины возрастом 36 лет, у которого в 20 лет произошел обширный инсульт. Они установили пациенту имплантат над поверхностью моторных областей мозга левого полушария, ответственных за речь. В этом случае нейронная сеть изначально обучалась на пациенте, который не говорил, и использовала для этого лишь мозговую активность. Сначала модель научилась считывать активность нейронов, а потом предсказывать возможное продолжение фразы из словарного запаса в 50 слов. Таким образом синтезатор составлял отдельные короткие фразы. Процесс тренировки продолжался нескольких месяцев.

После периода обучения компьютер понимал пациента в 74,4 процента случаев, что пока еще далеко от идеала. Имплантат может различать речевую активность со скоростью 15,2 слова в минуту. В тестах пациент смог ответить на простые вопросы о том, как у него дела и хочется ли ему пить.

В планах исследователей привлечь в клинические испытания речевого имплантата больше участников, расширить словарный запас системы и увеличить скорость распознавания речи. Дальнейшие исследования также должны повысить точность считывания слов.

Исследователи разрабатывают различные техники, позволяющие улучшить качество жизни парализованных людей. Например, применяют электростимуляцию спинного мозга, чтобы помочь им заново научиться ходить.

Анастасия Кузнецова