Mất giọng nói hoặc khả năng gõ một tin nhắn đơn giản có thể là một điều khó khăn đối với người mắc bệnh. liệt nặngĐây không chỉ đơn thuần là hạn chế về thể chất: nó còn liên quan đến việc quyền tự chủ, các mối quan hệ và, ở một mức độ lớn, cả kế hoạch cuộc sống của họ bị thu hẹp. Trong những năm gần đây, công nghệ thần kinh đã tập trung vào vấn đề này, tìm kiếm các phương pháp giúp những người này giao tiếp trở lại mà không cần dựa vào các hệ thống chậm chạp và tốn nhiều công sức.
Trong bối cảnh này, một nhóm nghiên cứu của Hoa Kỳ đã thử nghiệm thành công... giao diện não-máy tính cấy ghép Thiết bị này có khả năng chuyển đổi chuyển động ngón tay thành văn bản trên bàn phím ảo. Hiện vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, thiết bị đã được thử nghiệm trên hai người bị liệt gần như hoàn toàn và đạt được tốc độ gõ phím và độ chính xác gần bằng người không bị khuyết tật vận động.
Một thiết bị cấy ghép thần kinh giúp chuyển đổi các thao tác gõ phím thành chữ cái.
Tác phẩm này được ký bởi các nhà khoa học đến từ... Viện Khoa học Thần kinh, Bệnh viện Đa khoa Brigham, ở Boston, và của Đại học Brownnhững người đã hợp tác nhiều năm trong liên minh BrainGate, một sáng kiến tập trung vào việc phát triển Giao diện não-máy tính dành cho người bị liệtNghiên cứu mới, được công bố trên tạp chí khoa học Nature Neuroscience, mô tả một thiết bị cấy ghép thần kinh hỗ trợ viết không di chuyển con trỏ, mà thay vào đó dựa vào bàn phím QWERTY thông thường làm điểm khởi đầu.
Để đạt được điều này, các nhà nghiên cứu cấy ghép cảm biến điện cực siêu nhỏ trong vỏ não vận độngVùng não này tham gia vào việc điều khiển các chuyển động tự nguyện của bàn tay và ngón tay. Các điện cực siêu nhỏ này phát hiện hoạt động điện xảy ra khi một người cố gắng tưởng tượng di chuyển các ngón tay để nhấn phím, ngay cả khi cơ thể không thể thực hiện động tác đó do chấn thương.
Trước mặt người tham gia là một... bàn phím QWERTY tiêu chuẩn Kèm theo đó là hình ảnh sơ đồ minh họa các ngón tay. Mỗi chữ cái được liên kết với một tổ hợp cụ thể các vị trí ngón tay (ví dụ: giơ lên, hạ xuống hoặc gập lại). Khi người dùng tưởng tượng ra những chuyển động này, các điện cực sẽ thu thập tín hiệu thần kinh và gửi đến hệ thống máy tính để... dịch thành ký tự văn bản.
Quá trình không dừng lại ở đó: tín hiệu đầu ra của bộ giải mã sẽ đi qua một bước nữa. mô hình ngôn ngữ dự đoánTương tự như tính năng tự động sửa lỗi trên điện thoại di động, nó giúp sửa lỗi và hoàn thiện từ ngữ, sao cho câu cuối cùng mạch lạc và sát với ý định của người bệnh nhất có thể.
Hai bệnh nhân bị liệt nặng được chọn làm trường hợp thử nghiệm.
Cuộc thử nghiệm được tiến hành với hai người có chứng liệt rất nặngMột người tham gia mắc bệnh xơ cứng teo cơ (ALS) giai đoạn nặng và một người khác mắc bệnh... chấn thương tủy sống cổ Điều này khiến anh ấy bị liệt tứ chi. Cả hai đều tham gia chương trình lâm sàng BrainGate và đã đồng ý thử nghiệm thiết bị cấy ghép thần kinh hỗ trợ viết mới.
Sau ca phẫu thuật cấy ghép điện cực siêu nhỏ, các tình nguyện viên đã trải qua một khóa huấn luyện ngắn về hệ thống. Quá trình này mất khoảng... 30 cụm từ hiệu chuẩn Nhờ đó, phần mềm có thể điều chỉnh thuật toán giải mã của nó cho phù hợp với tín hiệu thần kinh của từng người. Từ đó, họ được yêu cầu viết tin nhắn chỉ bằng cách di chuyển các ngón tay trên bàn phím ảo hiển thị trên màn hình.
Kết quả rất ấn tượng về tốc độ và độ chính xác. Một trong những người tham gia đã đạt tốc độ tối đa là... 110 ký tự mỗi phútĐiều này tương đương với khoảng 22 từ mỗi phút, với tỷ lệ lỗi từ là 1,6%. Tỷ lệ lỗi này tương tự như khi một người gõ bằng tay trên bàn phím vật lý hoặc trên màn hình điện thoại thông minh.
Tình nguyện viên thứ hai, mắc bệnh ALS giai đoạn nặng và cần thở máy, cũng đã thành công. tạo ra những câu dễ hiểu Thông qua hệ thống, mặc dù với tốc độ chậm hơn một chút. Trong trường hợp của ông, ý nghĩa của sự tiến bộ này đặc biệt đáng chú ý, vì ông đã hoàn toàn mất khả năng nói và không thể sử dụng các công nghệ hỗ trợ thông thường nếu không tốn rất nhiều công sức.
Một khía cạnh đặc biệt quan trọng của cuộc thử nghiệm là cả hai bệnh nhân đều có thể sử dụng thiết bị tại nhà riêng của bạnVà không chỉ giới hạn trong môi trường bệnh viện hoặc phòng thí nghiệm. Điều này cho thấy rằng, với sự phát triển hơn nữa, công nghệ này có thể được tích hợp vào các hệ thống hỗ trợ hàng ngày để những người bị liệt nặng có thể giao tiếp từ nhà với các thành viên gia đình, người chăm sóc hoặc các chuyên gia chăm sóc sức khỏe.
Vì sao giao diện này khác biệt so với các hệ thống hiện tại?
Ngày nay, nhiều người bị liệt nhưng vẫn giữ được một phần khả năng điều khiển mắt dựa vào... thiết bị theo dõi mắtCác hệ thống này cho phép người dùng chọn chữ cái hoặc biểu tượng bằng cách di chuyển mắt trên màn hình, nhưng theo lời kể của chính bệnh nhân, chúng chậm, gây mỏi mắt khi sử dụng và dễ xảy ra lỗi. Trong nhiều trường hợp, người dùng cuối cùng đã từ bỏ chúng vì sự khó chịu mà chúng gây ra.
Thiết bị cấy ghép thần kinh của BrainGate áp dụng một phương pháp khác: thay vì theo dõi ánh mắt hoặc di chuyển con trỏ bằng suy nghĩ, nó tập trung vào... giải mã các nỗ lực di chuyển ngón tay trên một bàn phím quen thuộc với hầu hết mọi người biết chữ. Chiến lược này có hai ưu điểm rõ ràng: một mặt, nó cho phép chúng ta tận dụng trí nhớ vận động mà nhiều bệnh nhân đã phát triển qua nhiều năm sử dụng bàn phím vật lý; mặt khác, nó tạo điều kiện thuận lợi cho việc đạt được tốc độ ghi cao hơn so với các hệ thống giao tiếp hỗ trợ khác.
Hơn nữa, việc sử dụng các thuật toán trí tuệ nhân tạo, cả để giải mã tín hiệu thần kinh và cho mô hình ngôn ngữ, góp phần cải thiện độ chính xác mà không đòi hỏi người dùng phải nỗ lực nhận thức quá mức. Người dùng không cần phải "nghĩ về từng chữ cái riêng lẻ", mà chỉ cần tưởng tượng mình đang di chuyển các ngón tay như thể đang thực sự gõ bàn phím.
Theo nhóm nghiên cứu, sự kết hợp giữa các cảm biến cấy ghép, xử lý tín hiệu tiên tiến và mô hình ngôn ngữ này đã làm thay đổi... giao diện não-máy tính Trong một giải pháp thay thế ngày càng vững chắc cho các giải pháp hiện có, ít nhất là đối với một nhóm bệnh nhân cụ thể bị liệt nặng, những người không tìm thấy phản hồi thích hợp trong các hệ thống thông thường.
Vai trò của liên minh BrainGate và những dự báo trong tương lai
Việc phát triển thiết bị cấy ghép thần kinh này là một phần công việc của liên minh. BrainGateHiệp hội Khoa học Thần kinh Quốc tế (INCAA), được thành lập năm 2004, quy tụ các nhà thần kinh học, nhà khoa học thần kinh, kỹ sư, nhà khoa học máy tính, bác sĩ phẫu thuật thần kinh, nhà toán học và các chuyên gia khác từ nhiều cơ sở học thuật khác nhau. Mục tiêu chung của họ là tạo ra các công nghệ cho phép... khôi phục các chức năng đã mất ở những người mắc bệnh thần kinh, chấn thương tủy sống hoặc cụt chi.
Trong hai thập kỷ qua, BrainGate đã chứng minh trong các thử nghiệm có kiểm soát rằng giao diện não-máy tính có thể được sử dụng để điều khiển con trỏ, cánh tay robot hoặc thiết bị ngoại vi Dựa trên hoạt động của não bộ. Nghiên cứu mới được công bố này tập trung cụ thể vào giao tiếp bằng văn bản, một lĩnh vực quan trọng đối với những người đã mất cả khả năng nói và khả năng sử dụng bàn phím vật lý.
Những người phụ trách thử nghiệm nhấn mạnh rằng công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Những câu hỏi như sau vẫn cần được giải đáp: độ bền của cấy ghép, tính ổn định của tín hiệu theo thời gian, những rủi ro có thể xảy ra liên quan đến phẫu thuật, tính dễ sử dụng của các hệ thống trong nước hoặc sự phù hợp của chúng với việc tài trợ cho các hệ thống y tế, bao gồm cả các hệ thống châu Âu.
Ngay cả với những biện pháp phòng ngừa này, nhóm nghiên cứu tin rằng thiết bị này sẽ mở ra con đường phát triển cho ngành công nghiệp trong trung hạn. các phiên bản thương mại của thiết bị cấy ghép thần kinh Được điều chỉnh cho phù hợp với các bệnh nhân có mức độ liệt khác nhau. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng sự hợp tác giữa các trung tâm học thuật và các công ty sẽ là chìa khóa để chuyển những kết quả thử nghiệm này thành các giải pháp lâm sàng thực tế.
Ý nghĩa đối với bệnh nhân ở châu Âu và những thách thức sắp tới
Mặc dù nghiên cứu được thực hiện tại Hoa Kỳ, nhưng tác động của nó có liên quan trực tiếp đến những người có Bệnh xơ cứng teo cơ (ALS), chấn thương tủy sống hoặc đột quỵ Tại châu Âu, bao gồm cả Tây Ban Nha, nơi tình trạng già hóa dân số và sự gia tăng các bệnh thoái hóa thần kinh làm tăng nhu cầu về công nghệ hỗ trợ giao tiếp qua từng năm.
Trong các hệ thống chăm sóc sức khỏe như của Tây Ban Nha, với vai trò quan trọng của nhà nước, những phát triển kiểu này thường được đánh giá không chỉ về hiệu quả lâm sàng mà còn về các khía cạnh khác. hiệu quả về chi phí và khả năng tích hợp của nó trong các mạng lưới phục hồi chức năng thần kinh và chăm sóc tại nhà. Khả năng hoạt động của giao diện não-máy tính trong môi trường gia đình tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng chúng trong tương lai, với điều kiện thiết bị được đơn giản hóa và các thành phần trở nên rẻ hơn.
Nhìn về những năm tới, các nhà nghiên cứu đang đề xuất một số lĩnh vực cần cải thiện. Một trong số đó liên quan đến việc giới thiệu bàn phím tùy chỉnh hoặc hệ thống tốc ký Một mục tiêu khác là tận dụng công nghệ tương tự để khôi phục khả năng vươn tới và cầm nắm ở những người bị liệt chi trên, bằng cách sử dụng các mô hình hoạt động thần kinh đã được xác định trước đó.
Người ta cũng đang bàn đến việc kết hợp các giao diện này với các công cụ hỗ trợ khác, chẳng hạn như trình đọc màn hình, trợ lý giọng nói hoặc thiết bị tự động hóa nhà thông minh, với mục đích xây dựng... môi trường sống dễ tiếp cận hơn Dành cho những người phụ thuộc vào xe lăn hoặc cần được chăm sóc liên tục. Tất cả những điều này đều có chung một điểm: kết nối lại não bộ của người bệnh với thế giới xung quanh khi cơ thể họ ngừng phản ứng.
Tóm lại, thử nghiệm lâm sàng mới này chứng minh rằng... giao diện não-máy tính cấy ghép Nó có thể cung cấp cho những người bị liệt nặng một hình thức giao tiếp bằng văn bản nhanh chóng, chính xác và ổn định, đủ để sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, đây là một bước quan trọng hướng tới các giải pháp không chỉ kéo dài tuổi thọ mà còn cho phép mọi người sống tự chủ hơn và có khả năng giao tiếp với người khác tốt hơn.