پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو یک پروتز عصبی گفتاری توسعه داده‌اند که به افراد دچار معلولیت شدید اجازه می‌دهد با افکار خود صحبت کنند. با این فناوری سیگنال‌های مغزی به کلمات ترجمه و به صورت متن روی صفحه ظاهر می‌شوند. در آزمایش‌ها یک مرد دچار معلولیت شدید توانست از این فناوری با موفقیت استفاده کند. با مجله فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.
ادوارد چانگ، یک جراح مغز و اعصاب، با بیش از یک دهه تلاش توانست این سامانه را توسعه دهد. این فناوری به افراد معلولی که توانایی برقراری ارتباط ندارند اجازه می‌دهد با افکار خود صحبت کنند. این مطالعه در تاریخ ۱۵ ژوئیه در New England Journal of Medicine منتشر شد.
چانگ، یک استاد برجسته در دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: «از نظر ما، این نخستین نمایش موفقیت‌آمیز رمزگشایی مستقیم کلمات کامل از فعالیت مغز فردی است که دچار معلولیت شده و نمی‌تواند صحبت کند».
هر ساله هزاران نفر به دلیل سکته، تصادف یا بیماری توانایی تکلم خود را از دست می‌دهند. با پیشرفت بیشتر، روشی که در این مطالعه توصیف شده می‌تواند این افراد را قادر به برقراری ارتباط کامل کند.
ترجمه سیگنال‌های مغزی به گفتار
پیش از این، کار در زمینه پروتزهای عصبی (نوروپروتستیک) بر بازگرداندن ارتباطات از طریق روش‌های مبتنی بر تایپ حرف به حرف در متن بود. مطالعه چانگ متفاوت است: گروه وی در حال ترجمه سیگنال‌هایی است که برای کنترل عضلات سیستم صوتی هنگام تلاش برای تلفظ کلمات تولید می‌شوند، نه سیگنال‌هایی که برای حرکت بازو یا دست هنگام تایپ بوجود می‌آیند. چانگ معتقد است این روش جنبه‌های طبیعی و روان گفتار را تحت تأثیر قرار می‌دهد و نوید ارتباط سریع و ارگانیک را می‌دهد.
وی با بیان اینکه رویکردهای مبتنی بر تشخیص حرف به حرف با استفاده از تایپ کردن، نوشتن و کنترل مکان‌نما بسیار کندتر و پرزحمت‌تر هستند، گفت: «ما با گفتار به طور معمول با سرعت حداکثر ۱۵۰ یا ۲۰۰ کلمه در دقیقه ارتباط برقرار می‌کنیم. رفتن مستقیم به سراغ کلمات، همانطور که ما انجام می‌دهیم، دارای مزایای بسیاری است زیرا به شیوه صحبت معمول ما نزدیکتر است».
چانگ برای مطالعه خود از بیماران در مرکز صرع دانشگاه کالیفرنیا که تحت عمل جراحی مغز و اعصاب قرار داشتند، کمک گرفت. آرایه‌های الکترودی روی سطح مغز این بیماران قرار گرفته است تا منشأ تشنج مشخص شود. این بیماران، که همه آنها گفتار طبیعی داشتند، داوطلب شدند تا سیگنال‌های مغزی خود را برای تجزیه و تحلیل فعالیت مربوط به گفتار ثبت کنند. موفقیت اولیه با این داوطلبان صبور، زمینه را برای آزمایش فعلی در افراد معلول فراهم کرد.
پیش از این، چانگ و همکارانش در مؤسسه علوم اعصاب UCSF Weill از الگوهای فعالیت قشر مغز مرتبط با حرکات مجرای صوتی نقشه‌برداری کردند. برای ترجمه این یافته‌ها و تشخیص کلمات کامل، David Moses، فوق دکترا در آزمایشگاه چانگ و نویسنده اصلی مطالعه، روش‌های جدیدی را برای رمزگشایی لحظه‌ای آن الگوها و همچنین ترکیب آنها ایجاد کرد.
اما موفقیت آنها در رمزگشایی گفتار شرکت کنندگانی که قادر به صحبت بودند تضمین کننده کارآیی این فناوری روی افرادی که دستگاه صوتی آنها فلج شده، نبود. Moses گفت: «مدل‌های ما نیاز به یادگیری الگوهای پیچیده فعالیت مغز و گفتار مورد نظر داشتند. این که شرکت کننده نمی‌تواند صحبت کند یک چالش اساسی بود».
افزون بر این، گروه نمی‌دانست که آیا سیگنال‌های مغزی کنترل کننده مجرای صوتی در افرادی که سال‌هاست قادر به حرکت دادن عضلات صوتی خود نیستند، همچنان قابل استفاده است. Moses گفت: «بهترین راه برای فهمیدن اینکه آیا این کار می‌تواند مفید باشد یا خیر آزمایش آن بود».
۵۰ کلمه نخست
برای بررسی پتانسیل این فناوری در بیماران فلج، چانگ با همکاری Karunesh Ganguly، استادیار مغز و اعصاب، مطالعه‌ای معروف به BRAVO (رابط مغز و رایانه برای بازیابی حرکت دست و گفتار) را آغاز کردند. نخستین شرکت کننده در این آزمایش مردی در اواخر ۳۰ سالگی است که بیش از ۱۵ سال پیش دچار سکته مغزی ویرانگر در ساقه مغز شد که به ارتباط مغز وی با مجرای صوتی و اندام‌ها آسیب جدی وارد کرد. از زمان جراحت، حرکات سر، گردن و اندام‌ها بسیار محدود بوده است و با استفاده از اشاره‌گر متصل به کلاه بیس بال برای نوشتن حروف روی صفحه، ارتباط برقرار میکند.
این شرکت کننده، که خواسته او را BRAVO1 بنامیم، با پژوهشگران همکاری کرد تا یک واژگان ۵۰ کلمه‌ای ایجاد کنند. گروه چانگ توانست از فعالیت‌های مغزی BRAVO1 با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته رایانه‌ای این کلمات را تشخیص دهد. این واژگان، که شامل کلماتی مانند «آب»، «خانواده» و «خوب» است، برای ایجاد صدها جمله‌ی بیان کننده مفاهیم قابل استفاده در زندگی روزمره BRAVO1 کافی بود.
برای این مطالعه، چانگ با جراحی یک آرایه الکترود را روی قشر حرکتی گفتار BRAVO1 کاشت. پس از بهبودی کامل شرکت کننده، گروه ۲۲ ساعت فعالیت عصبی را در این منطقه مغزی طی ۴۸ جلسه و در چند ماه ثبت کردند. در هر جلسه، BRAVO1 بارها سعی کرد هر ۵۰ واژه واژگان را بگوید در حالی که الکترودها سیگنال‌های مغزی را از قشر گفتارش ضبط می‌کردند.
ترجمه سیگنال‌های مغزی به متن
برای ترجمه سیگنال‌های عصبی ثبت شده به کلمات خاص در نظر گرفته شده، از مدل‌های شبکه عصبی سفارشی استفاده کردند که نوعی هوش مصنوعی هستند. هنگامی که شرکت کننده قصد صحبت داشت، این شبکه‌ها الگوهای ظریف در فعالیت مغز را تشخیص می‌دادند تا تلاش برای گفتار را تشخیص دهند و مشخص کنند فرد کدام کلمات را قصد داشت ادا کند.
گروه برای آزمایش رویکرد خود، ابتدا از BRAVO1 خواست تا جملات کوتاه ساخته شده از ۵۰ کلمه‌ی واژگان را چندین با تکرار کند. هنگامی که او تلاش می‌کرد، کلمات از فعالیت مغزی او، یک به یک، بر روی صفحه نمایش رمزگشایی می‌شدند.
سپس گروه سؤالاتی همچون «امروز حالتون چطوره؟» و «مقداری آب می‌خواهید؟» را پرسید. مانند گذشته، تلاش BRAVO1 برای صحبت کردن روی نمایشگر ظاهر شد. «خیلی خوب هستم» و «نه، تشنه نیستم».
چانگ و Moses دریافتند که این سامانه می‌تواند کلمات را از فعالیت مغز با سرعت حداکثر ۱۸ کلمه در دقیقه و دقت حداکثر ۹۳ درصد (متوسط ۷۵ درصد) رمزگشایی کند. یک مدل زبانی که Moses توسعه داد و عملکرد «تصحیح خودکار» را اجرا می‌کرد در موفقیت نقش بسزایی داشت.
Moses گفت: «ما از دیدن رمزگشایی دقیق انواع جملات معنی‌دار هیجان زده شدیم. ما نشان داده‌ایم که امکان تسهیل ارتباط در این افراد وجود دارد».
این گروه آزمایش را گسترش خواهند داد تا تعداد بیشتری از شرکت کنندگان تحت تأثیر فلج شدید و نقص ارتباطی را شامل شود. در حال حاضر این گروه در تلاش است تا تعداد کلمات موجود در واژگان را افزایش دهد و همچنین دقت را بهبود بخشد.
در حالی که این مطالعه بر روی یک شرکت کننده و یک واژگان محدود متمرکز بود، اما این محدودیت‌ها از موفقیت آن نمی‌کاهد. Moses گفت: «این یک فناوری مهم برای فردی است که نمی‌توانند به طور طبیعی ارتباط برقرار کند. این مطالعه به افرادی که در اثر فلج شدید توانایی گفتار خود را از دست داده‌اند، توانایی برقراری ارتباطی راحت و آسان می‌دهد».
بیشتر بخوانیم:
>> تبدیل افکار و فعالیت های مغزی به گفتار
>> رابط مغز و رایانه دست خط ذهنی معلولان را به متن تبدیل میکند
منبع: medicalxpress.com
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است»
