Πώς ένας παράλυτος κατάφερε να μιλήσει με ηλεκτρόδια στον εγκέφαλο

Ο Δρ Eddie Chang, νευροχειρουργός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στην Ιατρική Σχολή του Σαν Φρανσίσκο, βοήθησε τον Pancho, έναν άνδρα παράλυτο από την ηλικία των 20 ετών, να μιλήσει μέσω ενός εμφυτεύματος στον εγκέφαλό του που συνδέεται με ένα πρόγραμμα υπολογιστή.

 

Ο Πάντσο δε μπορούσε να μιλήσει από το 2003, όταν παρέλυσε μετά από ένα σοβαρό εγκεφαλικό επεισόδιο που προκλήθηκε αυτοκινητιστικό δυστύχημα.

 

Σήμερα σε ένα επιστημονικό ορόσημο, οι ερευνητές έχουν αξιοποιήσει τις περιοχές ομιλίας του εγκεφάλου του - επιτρέποντάς του να παράγει κατανοητές λέξεις και προτάσεις απλά προσπαθώντας να τις πει. Όταν ο Pancho (το συγκεκριμένο όνομα είναι ψευδώνυμο), προσπαθεί να μιλήσει, ηλεκτρόδια που εμφυτεύονται στον εγκέφαλό του μεταδίδουν σήματα σε έναν υπολογιστή που εμφανίζει τις προβλεπόμενες λέξεις του στην οθόνη.

 

Η πρώτη φράση, οι πρώτες λέξεις

 

Η πρώτη αναγνωρίσιμη φράση του, είπαν οι ερευνητές, ήταν: «Η οικογένειά μου είναι έξω».

 

«Αυτό αποτελεί πολύ μεγαλύτερη επιτυχία από ό, τι φανταζόμασταν ότι θα μπορούσαμε να έχουμε», δήλωσε η Melanie Fried-Oken, καθηγήτρια νευρολογίας και παιδιατρικής στο Πανεπιστήμιο Υγείας & Επιστημών του Όρεγκον, η οποία δεν συμμετείχε στο έργο.

 

Πριν από τρία χρόνια, όταν ο Pancho -ο οποίος είναι τώρα 38 ετών- συμφώνησε να συνεργαστεί με τους ερευνητές, αυτοί δεν ήταν σίγουροι κατά πόσο ο εγκέφαλός του διατηρούσε ακόμη τους μηχανισμούς ομιλίας.

 

«Αυτό το μέρος του εγκεφάλου του μπορεί να ήταν αδρανές και δεν ξέραμε αν θα ξυπνούσε ποτέ ώστε να μιλήσει ξανά», ανέφερε ο Δρ Edward Chang, πρόεδρος της νευρολογικής χειρουργικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Φρανσίσκο, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας.

 

Η ομάδα εμφύτευσε ένα ορθογώνιο φύλλο 128 ηλεκτροδίων, σχεδιασμένο για να ανιχνεύει σήματα από αισθητικές και κινητικές διαδικασίες που σχετίζονται με την ομιλία που συνδέονται με το στόμα, τα χείλη, τη γνάθο, τη γλώσσα και τον λάρυγγα. Σε 50 συνεδρίες σε διάστημα 81 εβδομάδων, συνέδεσαν το εμφύτευμα σε έναν υπολογιστή μέσω ενός καλωδίου συνδεδεμένου σε μια θύρα στο κεφάλι του Pancho, και του ζήτησαν να προσπαθήσει να πει λόγια από μια λίστα λέξεων, όπως "πεινασμένος", "μουσική»” και “υπολογιστής”. Τα ηλεκτρόδια μετέδωσαν σήματα μέσω μιας μορφής τεχνητής νοημοσύνης που προσπάθησε να αναγνωρίσει τις συγκεκριμένες λέξεις.

 

«Το σύστημά μας μεταφράζει την εγκεφαλική δραστηριότητα που κανονικά θα μπορούσε να ελέγχει το φωνητικό του κομμάτι απευθείας σε λέξεις και προτάσεις», σημείωσε από τη μεριά του ο David Moses, μεταδιδακτορικός μηχανικός, ο οποίος ανέπτυξε το σύστημα από κοινού με τους Sean Metzger και Jessie R. Liu, μεταπτυχιακούς φοιτητές. Οι τρεις του είναι βασικοί συντάκτες της μελέτης.

 

Ο Pancho προσπάθησε επίσης να πει τις 50 λέξεις σε 50 διαφορετικές προτάσεις όπως «Η νοσοκόμα μου είναι ακριβώς έξω» και «Φέρτε τα γυαλιά μου, παρακαλώ» και απαντώντας σε ερωτήσεις όπως « Πώς είσαι σήμερα».

 

Η απάντησή του, που εμφανίζεται στην οθόνη: «Είμαι πολύ καλά».

 

Σχεδόν οι μισές από τις 9.000 φορές που ο Pancho προσπάθησε να πει μεμονωμένες λέξεις, ο αλγόριθμος το πήρε σωστά. Όταν προσπάθησε να πει προτάσεις γραμμένες στην οθόνη, τα πήγε ακόμα καλύτερα.

 

Με τη διοχέτευση αποτελεσμάτων αλγορίθμου μέσω ενός είδους συστήματος αυτόματης διόρθωσης γλωσσών, ο υπολογιστής αναγνώρισε σωστά μεμονωμένες λέξεις στις προτάσεις σχεδόν τα τρία τέταρτα του χρόνου και αποκωδικοποίησε τέλεια ολόκληρες προτάσεις περισσότερο από το ήμισυ του χρόνου.

 

«Το να αποδείξεις ότι μπορείς να αποκρυπτογραφήσεις την ομιλία από τα ηλεκτρικά σήματα στην περιοχή του κινητήρα ομιλίας του εγκεφάλου σου είναι πρωτοποριακό», δήλωσε ο Δρ Fried-Oken, του οποίου η έρευνα περιλαμβάνει την προσπάθεια ανίχνευσης σημάτων χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια σε ένα καπάκι τοποθετημένο στο κεφάλι, όχι εμφυτευμένο.

 

"Μια εμπειρία που αλλάζει τη ζωή μου"

 

Πρόκειται «μια εμπειρία που αλλάζει τη ζωή μου», δήλωσε ο ίδιος ο Pancho γραπτά στους New York Times.

 

«Θέλω απλώς, δεν ξέρω, να βγει κάτι καλό, γιατί πάντα μου έλεγαν οι γιατροί ότι είχα μηδενικές πιθανότητες να γίνω καλύτερα», συνέχισε και πρόσθεσε:

 

«Να μη μπορείς να επικοινωνήσεις με κανέναν, να έχεις μια κανονική συνομιλία και να εκφραστείς με οποιονδήποτε τρόπο, είναι καταστροφικό, πολύ δύσκολο να ζεις έτσι» .

 

Κατά τη διάρκεια ερευνητικών συνεδριών με τα ηλεκτρόδια, έγραψε: «Είναι σαν να έχω μια δεύτερη ευκαιρία να μιλήσω ξανά».

 

Το κώμα και ο εφιάλτης

 

Ο Πάντσο ήταν ένας υγιής εργάτης στα αμπέλια της Καλιφόρνια μέχρι το αυτοκινητιστικό δυστύχημα μετά από έναν αγώνα ποδοσφαίρου μια Κυριακη, είπε. Μετά από χειρουργική επέμβαση για σοβαρή βλάβη στο στομάχι του, πήρε εξιτήριο από το νοσοκομείο, περπατώντας, μιλώντας και σκέφτηκε ότι θα αναρρώσει.

 

Αλλά το επόμενο πρωί, «δεν μπορούσε να σηκωθεί», προσθέτει. Οι γιατροί δήλωσαν ότι υπέστη εγκεφαλικό επεισόδιο, που προφανώς προκλήθηκε από θρόμβο μετά την επέμβαση.

 

Μια εβδομάδα αργότερα, ξύπνησε από το κώμα σε ένα μικρό, σκοτεινό δωμάτιο. «Προσπάθησα να κινηθώ, αλλά δεν μπορούσα να σηκώσω ούτε το δάχτυλο, και προσπάθησα να μιλήσω, αλλά δεν μπορούσα να αρθρώσω λέξη», γράφει. «Άρχισα να κλαίω, αλλά καθώς δεν μπορούσα να κάνω ήχο, το μόνο που έκανα ήταν μερικές άσχημες εκφράσεις».

 

Ήταν τρομακτικό. «Μακάρι να μην συνερχόμοθν ποτέ από το κώμα που ήμουν», συνεχίζει.

 

Η νέα προσέγγιση, που ονομάζεται νευροπροσθετική ομιλία, είναι μέρος μιας καινοτομίας που στοχεύει να βοηθήσει δεκάδες χιλιάδες ανθρώπους που δεν έχουν την ικανότητα να μιλήσουν, αλλά των οποίων ο εγκέφαλος περιέχει νευρικές οδούς για ομιλία, δήλωσε ο Δρ Leigh Hochberg, νευρολόγος με τη Μασαχουσέτη Γενικό Νοσοκομείο, Πανεπιστήμιο Μπράουν και το Τμήμα Υποθέσεων Βετεράνων, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.

 

Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει άτομα με εγκεφαλικά τραύματα ή καταστάσεις όπως η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS) ή εγκεφαλική παράλυση, στην οποία οι ασθενείς δεν έχουν επαρκή μυϊκό έλεγχο για να μιλήσουν.

 

«Ο επείγων χαρακτήρας δεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί», δήλωσε ο Δρ Hochberg, ο οποίος διευθύνει ένα έργο που ονομάζεται BrainGate, το οποίο εμφυτεύει μικρότερα ηλεκτρόδια για την ανάγνωση σημάτων από μεμονωμένους νευρώνες. Πρόσφατα αποκωδικοποίησε την απόπειρα ενός παράλυτου ασθενούς να γράψει.

 

«Τώρα είναι μόνο θέμα ετών», επισημαίνει, «πριν υπάρξει ένα κλινικά χρήσιμο σύστημα που θα επιτρέπει την αποκατάσταση της επικοινωνίας».

 

Για χρόνια, ο Pancho επικοινωνούσε λέγοντας λέξεις σε έναν υπολογιστή χρησιμοποιώντας έναν δείκτη ενσωματωμένο σε ένα καπέλο - μια επίπονη μέθοδος που του επέτρεψε να πληκτρολογήσει περίπου πέντε σωστές λέξεις ανά λεπτό.

 

«Έπρεπε να λυγίσω το κεφάλι μου προς τα εμπρός και προς τα κάτω και να χτυπήσω ένα πλήκτρο και να γράψω ένα γράμμα», εξήγησε.

 

Πέρυσι, οι ερευνητές του έδωσαν μια άλλη συσκευή που περιλαμβάνει ποντίκι ελεγχόμενο από το κεφάλι, αλλά δεν είναι ακόμα τόσο γρήγορο όσο τα ηλεκτρόδια του εγκεφάλου στις ερευνητικές συνεδρίες.

 

Μέσω των ηλεκτροδίων, ο Pancho έλεγε 15 έως 18 λέξεις ανά λεπτό. Αυτό ήταν το μέγιστο ποσοστό που κατέγραψε η μελέτη. Ο Δρ Τσανγκ υποστηρίζει ότι είναι δυνατή η ταχύτερη αποκωδικοποίηση, αν και δεν είναι σαφές εάν θα προσεγγίσει τον ρυθμό της τυπικής ομιλίας: περίπου 150 λέξεις ανά λεπτό. Η ταχύτητα είναι ένας βασικός λόγος που το έργο επικεντρώνεται στην ομιλία, αγγίζοντας απευθείας το σύστημα παραγωγής λέξεων του εγκεφάλου και όχι τις κινήσεις των χεριών που εμπλέκονται στην πληκτρολόγηση ή τη γραφή.

 

«Είναι ο πιο φυσικός τρόπος επικοινωνίας των ανθρώπων», είπε.

 

Τα γέλια που αποσυντόνισαν τον αλγόριθμο

 

Η έντονη προσωπικότητα του Pancho βοήθησε τους ερευνητές να αντιμετωπίσουν τις προκλήσεις, αλλά επίσης περιστασιακά καθιστά την αναγνώριση ομιλίας δύσκολη.

 

«Μερικές φορές δεν μπορώ να ελέγξω τα συναισθήματά μου και γελάω πολύ και αυτό δεν κάνει πολύ καλό στο πείραμα»,λέει.

 

Ο Δρ Τσανγκ αναφέρθηκε σε διάφορες στιγμές κατά τις ο αλγόριθμος ενώ προσπαθούσε να εντοπίσει μια πρόταση,τελικά παρουσίαζε κάτι σαν γέλιο.

 

Σε άλλες περιπτώσεις η προσοχή του αποσπάστηκε από ένα χασμουρητό.

 

«Σε αυτές τις περιπτώσεις δεν λειτούργησε πολύ καλά το σύστημα. Λοιπόν, έχουμε κάποια πράγματα να δουλέψουμε γιατί προφανώς θέλουμε να λειτουργεί σε κάθε συνθήκη» λέει.

 

Σε άλλες συνεδρίες η ακρίβεια βελτιώθηκε, είπε ο Δρ Τσανγκ, τόσο επειδή ο αλγόριθμος έμαθε από τις προσπάθειες του Πάντσο και επειδή «σίγουρα υπάρχουν πράγματα που αλλάζουν στον εγκέφαλό του», βοηθώντας τον «να ξυπνήσει και να μας δείξει τα σήματα ότι χρειαζόμασταν να εμφανίσουμε αυτές τις λέξεις».

 

Κολλέγιο, γαλλικά και πιστοποιητικό προγραμματιστή μετά το ατύχημα

 

Πριν από το εγκεφαλικό του, ο Πάντσο είχε παρακολουθήσει σχολείο μόνο μέχρι την έκτη τάξη. Με αξιοσημείωτη αποφασιστικότητα, μετά το ατύχημα έχει αποκτήσει δίπλωμα γυμνασίου, έκανε μαθήματα σε κολλέγιο, έλαβε πιστοποιητικό προγραμματιστή και άρχισε να σπουδάζει γαλλικά.

 

«Νομίζω ότι το αυτοκινητιστικό  με έκανε να γίνω καλύτερος και εξυπνότερος», είπε.

 

Με την περιορισμένη κίνηση του καρπού του, ο Pancho μπορεί να κάνει ελιγμούς σε μια ηλεκτρική αναπηρική καρέκλα, πιέζοντας το χειριστήριο με μια γεμισμένη κάλτσα δεμένη γύρω από το χέρι του με λαστιχένιες ταινίες. Συνεργάζεται επίσης με άλλους ερευνητές χρησιμοποιώντας τα ηλεκτρόδια για να τον βοηθήσουν να χειριστεί ρομποτικό βραχίονα.

 

Οι συνεδρίες ομιλίας του δύο φορές την εβδομάδα μπορεί να είναι δύσκολες και εξαντλητικές, αλλά πάντα «ανυπομονεί να ξυπνήσει και να σηκωθεί από το κρεβάτι κάθε μέρα και περιμένει να φτάσουν οι άνθρωποι μου στο UCSF».

 

Η μελέτη ομιλίας είναι το αποκορύφωμα μιας έρευνας, στην οποία η ομάδα του Δρ Τσανγκ χαρτογράφησε τη δραστηριότητα του εγκεφάλου για όλους τους ήχους φωνηέντων και συμφώνων και «μπήκε» στον εγκέφαλο των ανθρώπων για να παράγει ηλεκτρονική ομιλία.

 

Οι ερευνητές τονίζουν ότι τα ηλεκτρόδια δεν διαβάζουν το μυαλό του Pancho, αλλά ανιχνεύουν σήματα εγκεφάλου που αντιστοιχούν σε κάθε λέξη που προσπαθεί να πει.

 

Ο Δρ Τσανγκ είπε «στο μέλλον, μπορεί να είμαστε σε θέση να κάνουμε αυτό που σκέφτονται οι άνθρωποι», γεγονός που εγείρει «μερικά πραγματικά σημαντικά ερωτήματα σχετικά με την ηθική αυτού του είδους της τεχνολογίας». Αλλά αυτό, είπε, «είναι πραγματικά για την αποκατάσταση της φωνής του ατόμου».

 

Καθώς συμμετέχουν περισσότεροι ασθενείς στην έρευνα, οι επιστήμονες μπορεί να βρουν μεμονωμένες παραλλαγές του εγκεφάλου, δήλωσε ο Δρ Fried-Oken, προσθέτοντας ότι εάν οι ασθενείς είναι κουρασμένοι ή άρρωστοι, η ένταση ή ο χρόνος των σημάτων του εγκεφάλου τους μπορεί να αλλάξουν.

 

Πηγή: New York Times