Ученые создали новый нейрокомпьютерный интерфейс (НКИ), способный успешно декодировать безмолвную внутреннюю речь человека непосредственно в текст. Это технологическое достижение, опубликованное 14 августа в журнале Cell, открывает новые возможности для людей, утративших способность говорить из-за паралича или двигательных нарушений.
В исследовании приняли участие четыре человека, парализованные в результате инсульта или бокового амиотрофического склероза (БАС). У этих пациентов уже были имплантированы электроды в мозг в рамках клинического испытания по управлению вспомогательными устройствами с помощью мыслей.
Ключевое отличие новой системы заключается в том, что она расшифровывает мозговую активность, связанную именно с мысленным проговариванием фраз, а не с физической попыткой их произнести. Такой подход является менее утомительным для пользователей с ограниченным мышечным контролем.
Система, основанная на имплантированных в мозг электродах и моделях искусственного интеллекта, продемонстрировала высокую эффективность. Точность декодирования предложений, которые участники мысленно «произносили», достигала 74%. Также интерфейс смог зафиксировать естественную внутреннюю речь во время выполнения когнитивных задач, например, при запоминании последовательности стрелок.
Научный анализ показал, что внутренняя и попыточная речь генерируют схожие паттерны активности в моторной коре головного мозга. Однако исследователи обнаружили фундаментальное различие: сигнал от внутреннего монолога в целом слабее, чем сигнал от попытки произнести слово. Это открытие имеет решающее значение для разработки более точных нейроинтерфейсов.
Над проектом работали соавторы исследования Эрин Кунц, инженер-электрик из Стэнфордского университета, и Фрэнк Уиллетт, доцент кафедры нейрохирургии того же университета. Их работа подтвердила возможность использования более тонких сигналов мозга для коммуникации.
Разработка поднимает этические вопросы о потенциальной возможности считывания частных мыслей, которые человек не намеревается озвучивать. Учитывая этот риск, исследователи заблаговременно разработали систему защиты.
Для активации функции декодирования внутреннего монолога пользователь должен мысленно произнести кодовую фразу «chitty chitty bang bang». Без этого пароля система по умолчанию способна декодировать только сигналы, связанные с попыткой речи, обеспечивая контроль пользователя над своими мыслями. Разница в силе сигналов также может быть использована в будущем для обучения НКИ игнорировать внутреннюю речь полностью, если это необходимо.
На данном этапе нейроинтерфейс не способен декодировать полные предложения, когда человек не думает явными словами, а мыслит образами или абстрактными понятиями. Исследователи полагают, что более совершенные устройства смогут справиться с этой задачей в будущем.
Как отметил Фрэнк Уиллетт, «эта работа дает реальную надежду, что речевые НКИ однажды смогут восстановить общение, такое же беглое, естественное и комфортное, как разговорная речь».
Изображение носит иллюстративный характер
В исследовании приняли участие четыре человека, парализованные в результате инсульта или бокового амиотрофического склероза (БАС). У этих пациентов уже были имплантированы электроды в мозг в рамках клинического испытания по управлению вспомогательными устройствами с помощью мыслей.
Ключевое отличие новой системы заключается в том, что она расшифровывает мозговую активность, связанную именно с мысленным проговариванием фраз, а не с физической попыткой их произнести. Такой подход является менее утомительным для пользователей с ограниченным мышечным контролем.
Система, основанная на имплантированных в мозг электродах и моделях искусственного интеллекта, продемонстрировала высокую эффективность. Точность декодирования предложений, которые участники мысленно «произносили», достигала 74%. Также интерфейс смог зафиксировать естественную внутреннюю речь во время выполнения когнитивных задач, например, при запоминании последовательности стрелок.
Научный анализ показал, что внутренняя и попыточная речь генерируют схожие паттерны активности в моторной коре головного мозга. Однако исследователи обнаружили фундаментальное различие: сигнал от внутреннего монолога в целом слабее, чем сигнал от попытки произнести слово. Это открытие имеет решающее значение для разработки более точных нейроинтерфейсов.
Над проектом работали соавторы исследования Эрин Кунц, инженер-электрик из Стэнфордского университета, и Фрэнк Уиллетт, доцент кафедры нейрохирургии того же университета. Их работа подтвердила возможность использования более тонких сигналов мозга для коммуникации.
Разработка поднимает этические вопросы о потенциальной возможности считывания частных мыслей, которые человек не намеревается озвучивать. Учитывая этот риск, исследователи заблаговременно разработали систему защиты.
Для активации функции декодирования внутреннего монолога пользователь должен мысленно произнести кодовую фразу «chitty chitty bang bang». Без этого пароля система по умолчанию способна декодировать только сигналы, связанные с попыткой речи, обеспечивая контроль пользователя над своими мыслями. Разница в силе сигналов также может быть использована в будущем для обучения НКИ игнорировать внутреннюю речь полностью, если это необходимо.
На данном этапе нейроинтерфейс не способен декодировать полные предложения, когда человек не думает явными словами, а мыслит образами или абстрактными понятиями. Исследователи полагают, что более совершенные устройства смогут справиться с этой задачей в будущем.
Как отметил Фрэнк Уиллетт, «эта работа дает реальную надежду, что речевые НКИ однажды смогут восстановить общение, такое же беглое, естественное и комфортное, как разговорная речь».
