Ученые научились трансформировать сигналы головного мозга в текст
Ученые разработали интерфейс, связывающий головной мозг и компьютер, который может восстановить способность парализованных людей к письменному общению. Новое изобретение может понадобиться людям после утраты конечностей, с травмами позвоночника и рядом других болезней. Отчет о его испытании опубликован в Nature.
1
минута
Когда человек теряет способность двигаться из-за травмы спинного мозга, часть головного мозга, которая отвечает за движения, продолжает функционировать. То есть, фактически человек не может двинуть рукой, но мозг способен генерировать соответствующие импульсы. Ученые использовали эту особенность, чтобы дать парализованным пациентам возможность писать.
Новый интерфейс, связывающий мозг с компьютером, ученые испытали на 65-летнем пациенте, которого в тексте научной работы они называют T5. С 2007 году он был полностью обездвиженным после повреждения спинного мозга. В 2016 году в рамках исследования BrainGate2 ученые внедрили в его мозг два электронных чипа, каждый размером с небольшую таблетку.
В новом исследовании ученые использовали компьютерный интерфейс, чтобы фиксировать сигналы отдела головного мозга пациента, который отвечает за тонкие движения. Когда T5 представлял, что пишет, искусственный интеллект считывал импульсы примерно 200 нейронов. Пациента просили мысленно копировать буквы, цифры и знаки препинания, которые показывали на экране.
«Мы обнаружили, что мозг способен сохранять способность давать сигналы для тонких движений даже спустя 10 лет после того, как тело потеряло способности делать эти движения», – сказал Френсис Уиллетт (Francis Willett) из Стэндфордского университета, ведущий автор исследования.
Авторы отмечают, что для письма люди используют сложные движения, которые включают изменение скорости и направления. Сложные движения искусственному интеллекту опознавать легче, чем простые.
После серии тренировок, алгоритм искусственного интеллекта научился распознавать паттерны нервной активности, которые отвечают за отдельные буквы. Это позволило Т5 писать предложения, которые не были написаны на экране, в реальном времени.
Интерфейс позволял пациенту набирать текст со скоростью 90 знаков в минуту, что сравнимо со скоростью набора на смартфоне. В настоящее время существующие и прошедшие успешные испытания приспособления, которые позволяют парализованному человеку писать, основаны на голосовых командах или на движениях глаз. Они позволяют набирать около 40 знаков в минуту, то есть, уступают новому изобретению. Кроме того, они не действуют, если человек не может четко говорить или нормально двигать глазами.
«В современном мире интернет-общения люди с тяжелыми нарушения речи и физическими повреждениями могут столкнуться с существенными барьерами и, потенциально, изоляцией. Мы надеемся, что наши открытия поспособствуют появлению доступных новейших технологий», – сказала Дебара Туччи (Debara L, Tucci), директор Национального института глухоты и других расстройств общения США, который спонсировал исследования.
Ученые разработали интерфейс, связывающий головной мозг и компьютер, который может восстановить способность парализованных людей к письменному общению. Новое изобретение может понадобиться людям после утраты конечностей, с травмами позвоночника и рядом других болезней. Отчет о его испытании опубликован в Nature.
1
минута
Когда человек теряет способность двигаться из-за травмы спинного мозга, часть головного мозга, которая отвечает за движения, продолжает функционировать. То есть, фактически человек не может двинуть рукой, но мозг способен генерировать соответствующие импульсы. Ученые использовали эту особенность, чтобы дать парализованным пациентам возможность писать.
Новый интерфейс, связывающий мозг с компьютером, ученые испытали на 65-летнем пациенте, которого в тексте научной работы они называют T5. С 2007 году он был полностью обездвиженным после повреждения спинного мозга. В 2016 году в рамках исследования BrainGate2 ученые внедрили в его мозг два электронных чипа, каждый размером с небольшую таблетку.
В новом исследовании ученые использовали компьютерный интерфейс, чтобы фиксировать сигналы отдела головного мозга пациента, который отвечает за тонкие движения. Когда T5 представлял, что пишет, искусственный интеллект считывал импульсы примерно 200 нейронов. Пациента просили мысленно копировать буквы, цифры и знаки препинания, которые показывали на экране.
«Мы обнаружили, что мозг способен сохранять способность давать сигналы для тонких движений даже спустя 10 лет после того, как тело потеряло способности делать эти движения», – сказал Френсис Уиллетт (Francis Willett) из Стэндфордского университета, ведущий автор исследования.
Авторы отмечают, что для письма люди используют сложные движения, которые включают изменение скорости и направления. Сложные движения искусственному интеллекту опознавать легче, чем простые.
После серии тренировок, алгоритм искусственного интеллекта научился распознавать паттерны нервной активности, которые отвечают за отдельные буквы. Это позволило Т5 писать предложения, которые не были написаны на экране, в реальном времени.
Интерфейс позволял пациенту набирать текст со скоростью 90 знаков в минуту, что сравнимо со скоростью набора на смартфоне. В настоящее время существующие и прошедшие успешные испытания приспособления, которые позволяют парализованному человеку писать, основаны на голосовых командах или на движениях глаз. Они позволяют набирать около 40 знаков в минуту, то есть, уступают новому изобретению. Кроме того, они не действуют, если человек не может четко говорить или нормально двигать глазами.
«В современном мире интернет-общения люди с тяжелыми нарушения речи и физическими повреждениями могут столкнуться с существенными барьерами и, потенциально, изоляцией. Мы надеемся, что наши открытия поспособствуют появлению доступных новейших технологий», – сказала Дебара Туччи (Debara L, Tucci), директор Национального института глухоты и других расстройств общения США, который спонсировал исследования.
