Заговорив мовчки: як нейротехнології допомагають людям, які втратили здатність розмовляти
Що таке нейроімпланти
Людський мозок й досі вважають найскладнішим і найзагадковішим органом.
Хоча його вага — лише близько 2 % від загальної маси тіла людини, саме мозок регулює всі функції організму: рух, травлення, кровообіг, емоції, пам’ять… Усе це завдяки майже сотні мільярдів нейронів, з’єднаних між собою у велетенську 3D-павутину.
Цією гігантською мережею, немов по високовольтних лініях, постійно циркулюють електричні сигнали. З їхньою допомогою нейрони спілкуються між собою та передають команди іншим органам.
Нейроімпланти — це невеличкі пристрої, зазвичай електроди чи зонди, які встановлюють у мозок за допомогою хірургічного втручання або ін’єкції. Вони взаємодіють з нейронами, немов під’єднуючись до їхньої мережі.
За допомогою нейроімплантів дослідники можуть зчитувати сигнали від нервових клітин мозку, а потім, пускаючи невеликі електричні розряди, навіть керувати активністю цих нейронів.
Серед найбільш поширених клінічних застосувань нейронних імплантатів сьогодні — глибинна стимуляція структур мозку, що дозволяє зменшити симптоми низки розладів, для яких поки що не знайдено лікування: хвороба Паркінсона, певні типи епілепсії та навіть депресії.
Дослідження вчених Ізраїлю
Основною метою втручання в роботу мозку згаданого на початку 37-річного пацієнта з Ізраїлю була боротьба з епілепсією, котра не реагувала на інші види терапії.
Саме тому лікарі вирішили вживити електроди в його мозок, аби визначити зону, в якій перезбуджуються нейрони під час епілептичного нападу.
А ще за згодою пацієнта медики наважилися на експеримент: визначити й ті нейрони, які активні, коли людина думає та намагається відтворити звуки, та спробувати відтворити сигнал від них за допомогою штучного інтелекту.
На першому етапі, коли пацієнту вживили глибинні електроди в мозок, дослідники попросили чоловіка вимовити вголос «a» й «е» та записали при цьому активність нейронів.
Використовуючи глибинне й машинне навчання, дослідники навчили моделі штучного інтелекту розрізняти нейрони, електрична активність яких вказувала на бажання пацієнта артикулювати один звук — «a» чи «e».
На підсумковому етапі експерименту пацієнт лише думав, як вимовляє один з двох звуків. У цей час глибинні електроди, занурені в його мозок, передавали електричні сигнали до комп’ютера, який їх обробляв, а потім озвучував.
І ось машина навчилася розрізняти два звуки! Якщо на початку точність відтворення становила близько 85 %, то в наступних випробуваннях вона навіть покращала!
Дослідження ізраїльських учених — значний крок до створення повноцінного інтерфейсу мозок-комп’ютера для комунікації із зовнішнім світом людей, які втратили здатність розмовляти через певні хвороби: бічний аміотрофічний склероз, інсульт стовбура мозку тощо. У перспективі ця технологія здатна суттєво покращити якість життя таких пацієнтів.
Обмеження в застосуванні нейроімплантів
Попри обнадійливі результати, які нещодавно продемонстрували вчені, нейроімпланти застосовують у межах окремих клінічних досліджень.
Адже наразі технології ще досить складні, крім того, існує чимало ризиків застосування для людей.
Основне обмеження — усі нейронні імпланти інвазивні: їх треба фізично вживити у тканину мозку. Це провокує місцеве ушкодження й запалення. Через що за якийсь час нейроімпланти збоять і працюють неточно й нестабільно.
Крім того, нейроімпаланти ще не повністю автономні — їм потрібне джерело живлення. А це ускладнює довготермінове використання.
Незважаючи на ці обмеження, багато вчених оптимістично припускають, що вже в найближчому майбутньому вдасться значно покращити технології — і нейронні імплантати для реабілітації людини, відновлення й навіть покращення когнітивних здібностей стануть однією з найбільш затребуваних інновацій.