Създаден е неврокомпютърен интерфейс, трансформиращ бързо мисли на човек в печатен текст

Американски неврофизиолози и инженери са разработили система от нов интерфейс „мозък-компютър“, свързан с програмно осигуряване с изкуствен интелект, която е способна директно да преобразува човешки мисли в печатен текст със скорост приблизително 90 символа в минута. Новата невропротеза е била успешно присъединена към мозъка на напълно парализиран инвалид. Резултатите от изследването са публикувани в списание Nature.

“Нашата система достигна рекордна скорост на работа, тъй като ние директно можем да четем буквите, които пациента рисува в ума си. Както се оказа, всеки подобен символ се асоциира с уникална рисунка на активността на мозъка, което позволява на компютъра бързо да разпознава мислите, като почти не прави грешки при печатането на текстта“ – казва научният сътрудник от Стандфордския университет Франсис Уилет пред прес-релийза на университета.

За последните десет години неврофизиолозите и биоинженерите създадоха десетки различни киберпротези, изкуствени крайници и сетивни органи, които могат да бъдат присъединени към главния или гръбначния мозък на човек или животни с помощта на специални системи, които учените наричат невроинтерфейси.

Например, през 2012 година учени от Стандфорд и Брауновския университет за пръв път са включили кибернетична ръка към мозъка на парализирана жена и са и дали възможност самостоятелно да изпие чашка кафе. През 2016 година учени от Университета Дюк в Дърам, Северна Каролина са свързали роботизирана инвалидна количка към мозъка на пациент, а преди година са успели да върнат способността му да ходи с помощта на специален стимулатор на гръбначния мозък.

Както отбелязва Уилет, освен да помагат, подобни усилия са насочени също така за създаването на по-удобни форми на комуникация. В частност, за последните седем години специалистите в тази област са създали няколко десетки различни интерфейси, които трансформират активността на мозъка на пациента в устна или писмена реч.

Скорост на печат като на смартфон

Повечето от досега разработените устройства позволяват на парализирания човек да набира текст, движейки курсора на мишката с помощта на силата на мисълта или мисленно да натискат бутоните на екранна клавиатура. Постепенното усъвършенстване на този подход позволи на неврофизиолозите да достигнат сравнително ниска, но приемлива скорост на печат от приблизително 40 символа в минута.

Уилет и неговите колеги са надминали това постижение, достигайки типичната скорост на печатане на смартфон или друго мобилно устройство. Те са успели да постигнат тези резултати с помощта на нов интерфейс и алгоритми на изкуствен интелект, които директно могат да прочетат това, което планира да напиши пациента.

За тази цел е необходимо да се имплантира неврочип в тази част на мозъка на пациента, която отговаря за изпълнението на „фините“ действия, в това число и на преместването на ръката при написването на текста. Всеки чип на неврокомпютърния интерфейс има 100 електрода. След вкарването на електродите и включването им към компютъра, инвалидът трябва да си представи, че пише на чист лист хартия определена буква от азбуката или някакъв друг символ, включително паузи, запетаи, точки и други препинателни знаци.

„Ние установихме, че мозъкът съхранява способността си да предписва точни движения в продължение на цели 10 години, след като тялото е загубило способността си да изпълнява тези движения“ – обяснява Франсис Уилет.

Участниците в изследването са повтаряли всяка буква по 10 пъти , което е позволило на програмата да се „научи“ да разпознава невронните сигнали, свързани с опита на човека да напише конкретната буква. След известно време, разработените от Уилет и колегите му алгоритми започнали да различават сигналите, изработвани от мозъка на пациента в момента, когато той „изписвал“ различните букви и знаци в ума си. Това позволило на компютъра много бързо и почти без грешки да преобразува мислите в печатен текст, включително цели думи и изрази, анализирайки веригата от сигнали с помощта на изкуствения интелект.

Функционалността на невропротезата е била проверена с помощта на 63-годишен доброволец, чието тяло е било напълно парализирано преди няколко години заради травма на гръбначния мозък. След имплантирането на неврочипа към областа на кората на мозъка, отговаряща за движенията, мъжът бързо усвоил мисленното печатане на думи и изречения със скорост от 90 символа в минута , правейки при това минимум грешки. Трябва да се отбележи, че това отговаря на скорост 18 думи в минута. За сравнение, здрави хора на същата възраст могат да набират около 23 думи за минута. Честота на грешки е била приблизително една грешка на всеки 18 или 19 вкарани символа.

„Този подход позволява на човек с паралич да съставя изречения със скорост почти съпоставима със скоростта на трудоспособни възрастни хора на същата възраст, печатащи на смартфон“ – отбелязва друг участник в изследването професорът по неврохирургия Джейми Хандерсън от същия университет.

В близко бъдеще екипът планира да проведе аналогични експерименти при участието на доброволци, напълно загубили възможността да говорят в резултат на тежки травми на мозъка, а също така при болни от амиотрофична латерална склероза или други невродегенеративни заболявания. Учените се надяват, че ще успеят да върнат способността на такива пациенти да общуват по-пълноценно с обкръжаващия ги свят.