Насколько мы близки к общению силой мысли?

Исследователи из Тель-Авивского университета и Тель-Авивского медицинского центра "Сураски" (больница "Ихилов") достигли научного прорыва, позволив человеку "говорить" силой мысли. В эксперименте участник мысленно произносил один из двух слогов. Глубинные электроды, имплантированные в его мозг, передавали электрические сигналы на компьютер, который затем воспроизводил эти слоги.

Новаторское исследование под руководством доктора Ариэля Танкуса из Школы медицинских наук Тель-Авивского университета и больницы Ихилов, а также доктора Идо Штрауса, директора отделения функциональной нейрохирургии, было опубликовано в авторитетном журнале Neurosurgery, официальном издании Конгресса хирургов-неврологов.

Исследование даёт надежду людям, полностью парализованным из-за таких заболеваний, как боковой амиотрофический склероз (ALS), инсульт ствола мозга или черепно-мозговая травма. Благодаря новым открытиям, они могут вновь обрести способность инициировать речь.

Д-р Ариэль Танкус из Школы медицины и здравоохранения Тель-Авивского университета и Тель-Авивского медицинского центра "Сураски" (больница "Ихилов")

Доктор Идо Штраус из Школы медицины и здравоохранения Тель-Авивского университета и директор отделения функциональной нейрохирургии в больнице "Ихилов". Фото: Лиор Цур, Тель-Авивский медицинский центр "Сураски" (больница "Ихилов").

Как мозговые импланты позволяют говорить

«Пациент, участвующий в исследовании, — это человек с эпилепсией, которого госпитализировали для проведения резекции эпилептического очага в мозге, — поясняет доктор Танкус. — Чтобы провести операцию, необходимо точно определить местоположение очага, то есть источника "короткого замыкания", которое вызывает мощные электрические разряды в мозгу». 

Такая ситуация характерна для небольшой группы пациентов с эпилепсией, у которых медикаментозное лечение не приносит результатов, и требуется нейрохирургическое вмешательство. Ещё меньше тех, у кого очаг располагается глубоко, а не на поверхности коры мозга. Чтобы точно определить его местоположение, врачи имплантируют электроды в глубокие структуры мозга. Затем пациента госпитализируют и наблюдают, дожидаясь следующего приступа, который позволит электродам зафиксировать очаг. Это даёт возможность провести точную операцию. 

С научной точки зрения это уникальный шанс исследовать глубокие структуры живого человеческого мозга. Пациент дал свое согласие на участие в эксперименте с огромным научным потенциалом.

Изображение речевого нейропротеза (речевого интерфейса мозг-компьютер), полученное в ходе эксперимента. На нем показан участник, который мысленно произносит слог в полной тишине, с закрытым ртом. Ноутбук озвучивает этот слог за него.

На первом этапе эксперимента, после имплантации глубинных электродов в мозг пациента, исследователи Тель-Авивского университета попросили его произнести вслух два слога: a и e. Они зафиксировали активность мозга во время произнесения этих звуков. Применяя методы глубокого машинного обучения, учёные обучили модели искусственного интеллекта выявлять конкретные нейроны, электрическая активность которых сигнализирует о намерении произнести a или e. После того, как компьютер научился распознавать паттерны электрической активности, связанные с этими двумя слогами в мозге пациента, его попросили лишь мысленно представить произнесение этих слогов. Компьютер интерпретировал электрические сигналы и воспроизводил предварительно записанные звуки.

Декодирование языка мозга

"Моя область исследований связана с кодированием и декодированием речи — как отдельные клетки мозга участвуют в речевом процессе: производстве, восприятии и воображении речи, или «внутреннем диалоге», — говорит доктор Танкус. — В этом эксперименте мы впервые в истории смогли связать части речи с активностью отдельных клеток в исследуемых областях мозга. Это позволило нам различить электрические сигналы, представляющие звуки a и e.

Пока наши исследования охватывают базовые элементы речи — всего два слога. Разумеется, мы стремимся к полноценной речи, но даже два разных слога могут позволить полностью парализованному человеку сигнализировать «да» и «нет».

Например, в будущем можно будет обучить компьютер пациента с Боковым амиотрофическим склерозом на ранних стадиях заболевания, пока он ещё может говорить. Компьютер научится распознавать электрические сигналы в мозге пациента, что позволит интерпретировать эти сигналы даже после утраты способности двигать мышцами. И это лишь один пример. Наше исследование — значительный шаг к разработке интерфейса мозг-компьютер, который поможет заменить естественные механизмы производства речи, позволяя полностью парализованным людям снова общаться с окружающим миром".

Исследование было поддержано грантом Министерства инноваций, науки и технологий Израиля.