Prelom: Zariadenie číta myšlienky a premieňa ich na reč

Vedci vyvinuli inovatívny mozgový implantát, ktorý dokáže dekódovať vnútorný hlas a umožniť tak ľuďom s paralýzou komunikovať iba myslením.

Po mozgovej príhode v 90. rokoch bol francúzsky novinár Jean-Dominique Bauby takmer úplne paralyzovaný. Napriek tomu napísal knihu o svojich skúsenostiach – písmeno po písmene, žmurkaním ľavého oka v reakcii na pomocníka, ktorý opakovane recitoval abecedu. Dnes majú ľudia s podobnými ochoreniami oveľa viac možností komunikácie. Niektoré zariadenia napríklad sledujú pohyby očí alebo iné malé zášklby svalov, aby používatelia mohli vyberať slová z obrazovky.

V popredí tohto odboru neurovedci v poslednom čase vyvinuli mozgové implantáty, ktoré dokážu premeniť nervové signály priamo na celé slová. Tieto rozhrania mozog-počítač (BCI) si vo veľkej miere vyžadujú, aby sa používatelia fyzicky pokúšali hovoriť – a to môže byť pomalý a únavný proces. No teraz prichádza novinka v oblasti neurónových protéz, ktorá to mení a umožňuje používateľom komunikovať jednoducho tým, že si myslia, čo chcú povedať.

Nový systém sa spolieha na väčšinu rovnakej technológie ako bežnejšie zariadenia na "pokus o reč". Oba používajú senzory implantované v časti mozgu nazývanej motorická kôra, ktorá vysiela pohybové príkazy do hlasového traktu. Aktivácia mozgu detegovaná týmito senzormi sa potom vkladá do modelu strojového učenia, ktorý interpretuje, ktoré mozgové signály zodpovedajú ktorým zvukom pre daného používateľa. Následne využíva tieto údaje na predpovedanie, ktoré slovo sa používateľ pokúša povedať.

Komentár redakcie: Nová technológia otvára dvere pre budúcnosť, v ktorej ľudia s obmedzenými možnosťami komunikácie budú môcť opäť plnohodnotne vyjadrovať svoje myšlienky a pocity. Hoci sa objavujú etické otázky týkajúce sa ochrany súkromia mysle, doterajší vývoj naznačuje, že vedci pristupujú k tejto oblasti s maximálnou zodpovednosťou a s ohľadom na blaho pacientov.

Motorická kôra sa však nerozsvieti len vtedy, keď sa pokúšame hovoriť; do menšej miery sa podieľa aj na predstavovanej reči. Výskumníci to využili na vývoj svojho zariadenia na dekódovanie "vnútornej reči" a výsledky publikovali vo štvrtok v časopise Cell. Tím študoval troch ľudí s amyotrofickou laterálnou sklerózou (ALS) a jedného s mozgovou príhodou, ktorí už predtým mali implantované senzory. S týmto novým systémom "vnútornej reči" si účastníci potrebovali len pomyslieť na vetu, ktorú chceli povedať, a tá sa im v reálnom čase zobrazila na obrazovke. Zatiaľ čo predchádzajúce dekodéry vnútornej reči boli obmedzené len na niekoľko slov, nové zariadenie umožnilo účastníkom čerpať zo slovníka s 125 000 slovami.

"Ako výskumníci sa snažíme nájsť systém, ktorý je pre používateľa pohodlný a ideálne dosahuje prirodzenú schopnosť," hovorí hlavná autorka Erin Kunzová, postdoktorandka, ktorá vyvíja neurónové protézy na Stanfordovej univerzite. Predchádzajúci výskum zistil, že "fyzické pokúšanie sa hovoriť bolo únavné a mali aj určité rýchlostné obmedzenia," hovorí. Zariadenia na pokus o reč, ako napríklad to, ktoré sa používalo v štúdii, vyžadujú, aby používatelia vdýchli, ako keby slová skutočne vyslovovali. Mnohí používatelia však kvôli poruchám dýchania potrebujú viacero nádychov na dokončenie jedného slova touto metódou. Pokúšanie sa hovoriť môže tiež produkovať rušivé zvuky a výrazy tváre, ktoré používatelia považujú za nežiaduce. S novou technológiou mohli účastníci štúdie komunikovať pohodlným konverzačným tempom približne 120 až 150 slov za minútu, pričom nevynaložili viac námahy, ako im trvalo myslieť na to, čo chcú povedať.

Podobne ako väčšina BCI, ktoré prevádzajú aktiváciu mozgu na reč, aj nová technológia funguje len vtedy, ak sú ľudia schopní premeniť všeobecnú myšlienku toho, čo chcú povedať, na plán, ako to povedať. Alexander Huth, ktorý skúma BCI na Kalifornskej univerzite v Berkeley a nebol zapojený do novej štúdie, vysvetľuje, že pri typickej reči "začínate s myšlienkou toho, čo chcete povedať. Táto myšlienka sa premení na plán, ako pohybovať vašimi artikulátormi (hlasové ústrojenstvo). Tento plán sa pošle do skutočných svalov a tie ho potom vykonajú." Ale v mnohých prípadoch ľudia s poruchami reči nedokážu dokončiť tento prvý krok. "Táto technológia funguje len v prípadoch, keď je funkčná časť "myšlienka na plán", ale "plán na pohyb" je nefunkčná" – súbor stavov nazývaný dyzartria – hovorí Huth.

Podľa Kunzovej sú štyria účastníci výskumu z novej technológie nadšení. "Vo všeobecnosti prevládalo veľké nadšenie z potenciálu opäť rýchlo komunikovať," hovorí – a dodáva, že jeden účastník bol obzvlášť nadšený z jeho novoobjaveného potenciálu prerušiť konverzáciu – čo nemohol robiť s pomalším tempom zariadenia na pokus o reč.

Na zabezpečenie toho, aby súkromné myšlienky zostali súkromnými, implementovali výskumníci kódovú frázu: "chitty chitty bang bang". Keď ju účastníci interne vyslovili, BCI by začalo alebo prestalo prepisovať.

Implantáty na čítanie mozgu nevyhnutne vyvolávajú obavy o mentálne súkromie. Huth sa zatiaľ neobáva, že by sa technológia zneužívala alebo vyvíjala bezohľadne, a hovorí o integrite výskumných skupín zapojených do výskumu neurónových protéz. "Myslím si, že robia skvelú prácu; vedú ich lekári; veľmi sa zameriavajú na pacientov. Veľa z toho, čo robia, sa skutočne snaží vyriešiť problémy pre pacientov," hovorí, "aj keď tieto problémy nemusia byť nevyhnutne veci, na ktoré by sme si mohli myslieť," ako napríklad možnosť prerušiť konverzáciu alebo "vytvoriť hlas, ktorý znie viac ako oni."

Pre Kunzovú je tento výskum obzvlášť blízky jej srdcu. "Môj otec mal ALS a stratil schopnosť hovoriť," hovorí a dodáva, že preto sa dostala do tejto oblasti výskumu. "Ku koncu jeho života som sa stala jeho osobnou prekladateľkou reči, pretože som bola jediná, ktorá mu dokázala porozumieť. Preto osobne poznám dôležitosť a dopad, aký môže mať tento druh výskumu."

Príspevok a ochota účastníkov výskumu sú v takýchto štúdiách kľúčové, poznamenáva Kunzová. "Účastníci, ktorých máme, sú skutočne neuveriteľní jedinci, ktorí sa dobrovoľne prihlásili do štúdie nie nevyhnutne preto, aby získali výhodu pre seba, ale aby pomohli vyvinúť túto technológiu pre ľudí s paralýzou. A myslím si, že si za to zaslúžia všetku chválu na svete."