Att förlora rösten eller förmågan att skriva ett enkelt meddelande kan innebära, för någon som lider av en svår förlamningDetta är mycket mer än en fysisk begränsning: det innebär att deras autonomi, relationer och, i stor utsträckning, själva deras livsplaner försämras. På senare år har neuroteknologi fokuserat på detta problem och sökt sätt för dessa individer att kommunicera igen utan att förlita sig på långsamma och utmattande system.
I detta sammanhang har ett amerikanskt forskarteam framgångsrikt testat en implanterbart hjärn-datorgränssnitt kapabel att omvandla fingerrörelser till text på ett virtuellt tangentbord. Enheten, som fortfarande är i experimentfasen, har testats på två personer med nästan fullständig förlamning och har uppnått skrivhastigheter och noggrannhetsnivåer nära de hos en person utan motoriska funktionsnedsättningar.
En neuroprotes som översätter skrivförsök till bokstäver
Arbetet är signerat av forskare från Institutet för neurovetenskap Mass General Brigham, i Boston, och av Brunt universitetsom har samarbetat i åratal i BrainGate-konsortiet, ett initiativ inriktat på att utveckla hjärn-datorgränssnitt för personer med förlamningDen nya studien, publicerad i den vetenskapliga tidskriften Nature Neuroscience, beskriver en skrivneuroprotes som inte rör en markör, utan istället förlitar sig på ett konventionellt QWERTY-tangentbord som utgångspunkt.
För att uppnå detta implanterar forskarna mikroelektrodsensorer i motorbarkenDen del av hjärnan som styr frivilliga hand- och fingerrörelser. Dessa mikroelektroder detekterar den elektriska aktivitet som uppstår när en person mentalt försöker röra fingrarna för att trycka på en tangent, trots att kroppen inte kan utföra gesten på grund av skadan.
Framför deltagaren visas en standard QWERTY-tangentbord åtföljs av en schematisk representation av fingrarna. Varje bokstav är associerad med en specifik kombination av fingerpositioner (till exempel upp, ner eller böjd). När användaren föreställer sig dessa rörelser samlar elektroderna in den neurala signalen och skickar den till ett datorsystem som... översätts till texttecken.
Processen slutar inte där: dekoderns utgång går igenom en prediktiv språkmodellI likhet med autokorrigeringsfunktionen på mobiltelefoner hjälper den till att korrigera fel och komplettera ord, så att den sista meningen blir sammanhängande och så trogen patientens avsikt som möjligt.
Två patienter med svår förlamning som testfall
Försöket genomfördes med två personer med mycket avancerad förlamningEn deltagare med avancerad amyotrofisk lateralskleros (ALS) och en annan med en cervikal ryggmärgsskada vilket orsakade att han blev kvadriplegisk. Båda ingick i BrainGates kliniska program och gav sitt samtycke till att testa den nya skrivneuroprotesen.
Efter mikroelektrodimplantationen genomgick volontärerna en kort träning med systemet. Det tog ungefär 30 kalibreringsfraser så att programvaran kunde anpassa sina avkodningsalgoritmer till varje persons neurala signaler. Därifrån ombads de att skriva meddelanden genom att endast använda sina försök att röra fingrarna på det virtuella tangentbordet som visas på skärmen.
Resultaten var anmärkningsvärda vad gäller hastighet och noggrannhet. En av deltagarna nådde en topphastighet på 110 tecken per minutDetta motsvarar ungefär 22 ord per minut, med en felfrekvens på 1,6 %. Felmarginalen liknar den för en person som skriver för hand på ett fysiskt tangentbord eller på en smartphone-skärm.
Den andra volontären, som led av avancerad ALS och behövde mekanisk ventilation, lyckades också producera begripliga meningar genom systemet, om än i en något långsammare takt. I hans fall är betydelsen av framstegen särskilt anmärkningsvärd, eftersom han helt hade förlorat förmågan att tala och inte kunde använda konventionella hjälpmedelstekniker utan enorm ansträngning.
En särskilt viktig aspekt av studien är att båda patienterna kunde använda enheten i ditt eget hemOch inte bara i en strikt sjukhus- eller laboratoriemiljö. Detta tyder på att tekniken, med vidareutveckling, skulle kunna integreras i vardagliga stödsystem så att de som lider av svår förlamning kan kommunicera hemifrån med familjemedlemmar, vårdgivare eller vårdpersonal.
Varför det här gränssnittet skiljer sig från nuvarande system
Idag förlitar sig många personer med förlamning som behåller viss ögonkontroll på ögonspårningsenheterDessa system låter användare välja bokstäver eller ikoner genom att röra blicken över en skärm, men som patienterna själva beskriver är de långsamma, tröttsamma att använda och benägna att göra fel. I många fall överger användarna dem på grund av den frustration de orsakar.
BrainGates neuroprotes har ett annat tillvägagångssätt: istället för att följa blicken eller flytta en markör med tanken fokuserar den på avkoda försöken med fingerrörelser på ett tangentbord som är bekant för nästan alla läskunniga personer. Denna strategi har två tydliga fördelar: å ena sidan låter den oss dra nytta av det motoriska minne som många patienter utvecklat under åratal av att använda fysiska tangentbord; å andra sidan underlättar den att nå högre skrivhastigheter än andra kompletterande kommunikationssystem.
Dessutom bidrar användningen av artificiell intelligens-algoritmer, både för avkodning av den neurala signalen och för språkmodellen, till förbättrad noggrannhet utan att kräva överdriven kognitiv ansträngning från användaren. Personen behöver inte "tänka på enskilda bokstäver", utan snarare föreställa sig att röra sina fingrar som de skulle göra om de faktiskt skrev.
Enligt forskargruppen förändrar denna kombination av implanterbara sensorer, avancerad signalbehandling och språkmodeller hjärn-datorgränssnitt i ett alltmer solidt alternativ till befintliga lösningar, åtminstone för en specifik grupp patienter med svår förlamning som inte finner ett adekvat svar i konventionella system.
BrainGate-konsortiets roll och framtida prognoser
Utvecklingen av denna neuroprotes är en del av konsortiets arbete. BrainGateInternational Neuroscience Association (INCAA), grundad 2004, sammanför neurologer, neuroforskare, ingenjörer, datavetare, neurokirurger, matematiker och andra specialister från olika akademiska institutioner. Deras gemensamma mål är att skapa tekniker som möjliggör... återställa förlorade funktioner hos personer med neurologiska sjukdomar, ryggmärgsskador eller amputationer.
Under de senaste två decennierna har BrainGate i kontrollerade studier visat att hjärn-datorgränssnitt kan användas för att styra markörer, robotarmar eller externa enheter baserat på hjärnaktivitet. Det nu publicerade framsteget fokuserar specifikt på skriftlig kommunikation, ett viktigt område för dem som har förlorat både förmågan att tala och förmågan att använda ett fysiskt tangentbord.
De som ansvarar för studien betonar att tekniken fortfarande är i forskningsfasen. Frågor som följande återstår att lösa: implantatens hållbarhet, signalernas stabilitet över tid, de möjliga riskerna i samband med kirurgi, användarvänligheten hos inhemska system eller deras inpassning i finansieringen av hälso- och sjukvårdssystem, inklusive europeiska.
Även med dessa försiktighetsåtgärder anser teamet att enheten öppnar en väg för branschens utveckling på medellång sikt. kommersiella versioner av neuroproteser anpassad till patienter med olika förlamningsprofiler. Konsortiet betonar att samarbete mellan akademiska centra och företag kommer att vara avgörande för att omsätta dessa experimentella resultat till verkliga kliniska lösningar.
Relevans för patienter i Europa och kommande utmaningar
Även om studien genomfördes i USA är dess effekt direkt relevant för personer med ALS, ryggmärgsskador eller stroke I Europa, inklusive Spanien, där den åldrande befolkningen och ökningen av neurodegenerativa sjukdomar ökar efterfrågan på kommunikationshjälpmedel år efter år.
I hälsovårdssystem som Spaniens, med en stark offentlig komponent, utvärderas den här typen av utveckling vanligtvis inte bara för sin kliniska effektivitet, utan också för sin kostnadseffektivitet och dess förmåga att integrera i neurologiska rehabiliteringsnätverk och hemsjukvård. Möjligheten att hjärn-datorgränssnitt fungerar i hemmiljöer gynnar deras framtida användning, förutsatt att utrustningen förenklas och komponenterna blir billigare.
Inför de kommande åren föreslår forskare flera områden för förbättring. Ett av dem handlar om att införa anpassade tangentbord eller stenografisystem som möjliggör ännu snabbare skrivning; en annan, att dra nytta av samma teknik för att försöka återställa sträcknings- och griprörelser hos personer med förlamning av övre extremiteter, med hjälp av redan identifierade mönster av neural aktivitet.
Det talas också om att kombinera dessa gränssnitt med andra stödverktyg, såsom skärmläsare, röstassistenter eller hemautomationsenheter, i syfte att bygga mer tillgängliga boendemiljöer för de som är beroende av rullstol eller behöver kontinuerlig vård. Allt detta med samma gemensamma nämnare: att återknyta kontakten mellan personens hjärna och världen omkring dem när kroppen har slutat reagera.
Sammantaget visar denna nya kliniska prövning att en implanterbart hjärn-datorgränssnitt Det kan ge personer med svår förlamning en form av skriftlig kommunikation som är snabb, korrekt och stabil nog att användas i vardagen, vilket är ett viktigt steg mot lösningar som inte bara förlänger livet utan också gör det möjligt för människor att leva med större autonomi och förmåga att relatera till andra.