Nowa technologia czytania w myślach pozwala fizycznie uwięzionym cierpiącym na komunikowanie się

Technologia kontrolowania komputera przy użyciu tylko własnych myśli ma istniał od dziesięcioleci. Jednak osiągnęliśmy ograniczone postępy w używaniu go zgodnie z jego pierwotnym celem: pomaganiem osobom z poważnymi niepełnosprawnościami w komunikowaniu się. To znaczy do tej pory. Nowe badanie wykazało, że alternatywna technologia interfejsu mózg-komputer może pomóc osobom z „syndromem zamknięcia” rozmawiać ze światem zewnętrznym. Pozwoliła nawet chorym zgłaszać, że są szczęśliwi, pomimo stanu.

Końcowe etapy stanu zwyrodnieniowego znanego jako stwardnienie zanikowe boczne (ALS) lub choroba neuronu ruchowego, pozostawia chorego w stanie całkowitego zamknięcia. W końcu nie mogą poruszać żadną częścią ciała, nawet oczami, chociaż ich mózgi pozostają nienaruszone. Jednak naukowcy mają trudności z wykorzystaniem technologii interfejsu mózg-komputer, która mierzy aktywność elektryczną w mózgu, aby pomóc im się komunikować.

Jednym z powodów jest to, że nadal nie jest jasne, w jakim stopniu te konwencjonalne systemy interfejsu mózg-komputer opierają się na sygnałach elektrycznych generowanych przez ruch mięśni oka. Jedna osoba cierpiąca na ALS, która korzystała z interfejsu mózg-komputer, kiedy wciąż mogła poruszać oczami straciła zdolność komunikowania się przez technologię po całkowitym zablokowaniu. Sugerowało to, że większość aktywności elektrycznej zarejestrowanej przez komputer była związana z mimowolnymi ruchami oczu, które pojawiały się, gdy myślała o czymś, a nie o samych myślach.

Monitorowanie tlenu

Aby rozwiązać ten problem, międzynarodowa grupa badaczy zastosowała inny sposób wykrywania aktywności nerwowej, który mierzy zmiany ilości tlenu w mózgu, a nie sygnały elektryczne. Badania opublikowane w PLoS Biology, wykorzystywał technikę znaną jako funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni, który wykorzystuje światło do pomiaru zmian poziomu tlenu we krwi. Ponieważ obszary mózgu, które są najbardziej aktywne w danym momencie, zużywają więcej tlenu, oznacza to, że możesz wykryć wzorce aktywności mózgu na podstawie fluktuacji tlenu.

Technika ta nie jest tak czuła na ruchy mięśni, jak systemy elektroencefalograficzne (EEG) używane do pomiaru aktywności elektrycznej. Oznacza to, że nową metodę można zastosować, aby pomóc osobom cierpiącym na ALS komunikować się zarówno przed, jak i po utracie pełnej zdolności do poruszania się, ponieważ jest bardziej prawdopodobne, że rejestruje tylko aktywność mózgu związaną z myślami.


wewnętrzna grafika subskrypcji


W badaniu wzięło udział czterech pacjentów cierpiących na ALS, z których trzech nie było w stanie rzetelnie komunikować się ze swoimi opiekunami od 2014 roku (ostatni od początku 2015 roku). Korzystając z nowej technologii interfejsu mózg-komputer, byli w stanie niezawodnie komunikować się ze swoimi opiekunami i rodzinami przez okres kilku miesięcy. Po raz pierwszy jest to możliwe dla pacjentów zamkniętych.

Wolontariuszom zadano pytania dotyczące wiedzy osobistej i ogólnej ze znanymi odpowiedziami „tak” lub „nie”. Interfejs mózg-komputer rejestrował ich odpowiedzi poprawnie w 70% przypadków, co zdaniem naukowców wystarczyło, aby pokazać, że nie tylko przypadkowo zapisali właściwą odpowiedź. Podobne eksperymenty z wykorzystaniem EEG nie pokonały tego progu poziomu szansy.

Pacjenci byli również w stanie wyrazić swoje odczucia na temat swojego stanu, a cała czwórka wielokrotnie odpowiadała „tak”, gdy pytano ich, czy są szczęśliwi w ciągu kilku tygodni. Jeden pacjent został nawet zapytany, czy zgodziłby się, aby jego córka poślubiła swojego chłopaka. Na nieszczęście dla pary, powiedział nie. Po zakończeniu badania ochotnicy kontynuowali korzystanie z systemu w domu.

Przełomowe badania

Jak wiem z własnych badań, praca z całkowicie zamkniętymi pacjentami wymaga dużo ciężkiej pracy. W szczególności nie możesz mieć pewności, czy użytkownik zrozumiał, w jaki sposób chcemy, aby udzielił odpowiedzi, którą możemy spróbować wykryć. Jeśli system, który był wcześniej używany do rejestrowania aktywności mózgu pełnosprawnych użytkowników, nie działa z zamkniętymi pacjentami, często zakłada się, że wina leży po stronie osoby, a nie urządzenia, co może nie być walizka. Co więcej, wywierana jest dodatkowa presja na badaczy – z rodziny pacjenta i od nich samych – aby spełnić marzenie o znalezieniu sposobu na komunikację z wolontariuszami.

Wyzwania te podkreślają, jak znaczącym osiągnięciem jest nowe badanie. To przełomowe badanie, które może zapewnić nową ścieżkę rozwoju lepszej technologii interfejsu mózg-komputer. Mimo że system do tej pory pozwalał tylko zamkniętym pacjentom na udzielanie odpowiedzi „tak” lub „nie”, już teraz oznacza znaczną poprawę jakości życia.

Pierwszy w historii system interfejsu mózg-komputer został zaprojektowany, aby umożliwić niepełnosprawnym (choć nie zablokowanym) użytkownikom literowanie słów i przekazywanie w ten sposób dowolnej wiadomości, co chcą, co prawda za pomocą powolny i długotrwały proces. Można więc bezpiecznie założyć, że nowa technologia jest tylko pierwszym krokiem w kierunku bardziej wyrafinowanych systemów, które umożliwiłyby swobodną dwustronną komunikację, nie opartą na prostych pytaniach.

Co być może ważniejsze, technologia przywróciła już możliwości komunikacyjne czterem osobom, które przez lata były nieme. Wyobraź sobie, jak musieli się czuć ci pacjenci i ich rodziny, kiedy w końcu mogli znów „mówić”. Pomimo wyzwań związanych z badaniami interfejsów mózg-komputer, takie wyniki sprawiają, że idziemy dalej.

Konwersacje

O autorze

Ana Matran-Fernandez, badaczka podoktorancka, Uniwersytet w Essex

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon