211service.com
Att förvandla tankar till ord
Hjärn-dator-gränssnitt skulle en dag kunna ge en livlina till inlåsta patienter, som inte kan prata eller röra sig men är medvetna och vakna. Många av dessa patienter kan kommunicera genom att blinka med ögonen, men att förvandla blinkningar till ord är tidskrävande och utmattande.
Brian gränssnitt: Mikroelektroderna som visas här användes för att spela in hjärnsignaler för att avkoda tio ord från en patients tankar.
Forskare i Utah har nu visat ett sätt att avgöra vilka av 10 distinkta ord en person tänker genom att registrera den elektriska aktiviteten från hjärnans yta.
Den nya tekniken innebär träning av algoritmer för att känna igen specifika hjärnsignaler som fångas upp av en rad icke-penetrerande elektroder placerade över hjärnans språkcentra, säger Spencer Kellis , en av bioingenjörerna som utförde arbetet på University of Utah , i Salt Lake City. Metoden som används är känd som elektrokortikografi (ECoG). Gruppen kunde identifiera orden ja, nej, varmt, kallt, törstigt, hungrig, hej, hejdå, mer och mindre med en träffsäkerhet på 48 procent.
Noggrannheten behöver definitivt förbättras, säger Kellis. Men vi har visat att informationen finns där.
Individuella ord har avkodats från hjärnsignaler tidigare med hjälp av funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI), säger Eric Leuthardt , chef för Center for Innovation in Neuroscience and Technology vid Washington University School of Medicine i St. Louis, Missouri. Det här är första gången som bedriften har utförts med ECoG, ett mycket mer praktiskt och bärbart tillvägagångssätt än fMRI, säger han.
Arbeta med kollegor Bradley Greger och Pauls hus , placerade Kellis 16 elektroder på ytan av hjärnan hos en patient som behandlades för epilepsi. Elektroderna registrerade signaler från ansiktets motoriska cortex – ett område i hjärnan som kontrollerar ansiktsmuskler under tal – och över Wernickes område, en del av hjärnbarken som är kopplad till språket. För att träna algoritmen analyserades signaler när patienten ombads att upprepa de 10 orden.
ECoG har länge använts för att lokalisera källan till epileptiska anfall i hjärnan. Men elektroder som används är vanligtvis flera hundra mikrometer i storlek och är placerade centimeter från varandra, säger Kellis. Hjärnan gör bearbetning i en mycket finare rumslig skala än vad som verkligen kan detekteras av dessa vanliga kliniska elektroder, säger han. Utah-teamet använde en ny typ av mikroelektroduppsättning utvecklad av PMT neurokirurgisk . Elektroderna är mycket mindre – 40 mikron i storlek – och är åtskilda med ett par millimeter.
Det är möjligt att använda mindre invasiva tekniker, såsom elektroencefalografi (EEG), som placerar elektroder på hårbotten, för att möjliggöra hjärn-till-dator-kommunikation. Adrian Owen , en senior scientist i Cognition and Brain Sciences Unit vid University of Cambridge, Storbritannien, har visat att EEG-signaler kan användas för att tillåta människor i ett ihållande vegetativt tillstånd att kommunicera ja och nej.
Men med EEG filtreras många av signalerna bort av skallen, säger Leuthardt. Det som är riktigt bra med ECoG är dess potential att ge oss mycket mer information, säger han.
Att avkoda 10 ord är väldigt coolt, säger Owen, men noggrannheten kommer att behöva förbättras dramatiskt med tanke på de patienter som tekniken riktar sig till. Jag tror inte ens 60 procent eller 70 procents noggrannhet kommer att fungera för patienter som inte kan kommunicera på något annat sätt och där det inte finns någon annan marginal för verifiering, säger han.
I slutändan är förhoppningen att ECoG ska möjliggöra mycket mer sofistikerad kommunikation. Förra året visade Leuthardt att ECoG kunde användas för att avkoda vokal- och konsonantljud – ett tillvägagångssätt som så småningom kan användas för att rekonstruera ett mycket större antal kompletta ord.