Εμφύτευμα εγκεφάλου επιτρέπει σε άτομα με παράλυση να μιλούν και να κινούνται ταυτόχρονα

Τα άτομα που πάσχουν από σοβαρή παράλυση έχουν πολύ συχνά πρόβλημα επικοινωνίας με τους γύρω τους. Αν και τα πειραματικά συστήματα επικοινωνίας εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI) έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο βοηθώντας τους χρήστες να εκφράσουν τις σκέψεις τους, οι τεχνολογίες αυτές περιορίζονταν μέχρι τώρα είτε στην ομιλία είτε στην κίνηση. Πλέον, επιστήμονες ανέπτυξαν ένα εμφύτευμα που μπορεί να επιτελεί και τα δύο ταυτόχρονα.

Το εμφύτευμα, το οποίο παρουσιάστηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Neuroscience στις 14 Σεπτεμβρίου, επιτρέπει στους χρήστες να ελέγχουν την ομιλία και τις κινήσεις ενός εικονικού άβαταρ με τη σκέψη τους, σε πραγματικό χρόνο. Παρόλο που η έρευνα βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο, η καινοτομία αυτή θα μπορούσε κάποια στιγμή να βοηθήσει τα άτομα με παράλυση να επικοινωνούν με μεγαλύτερη εκφραστικότητα ή να αποτελέσει το εφαλτήριο για τη δημιουργία ρομποτικών προσθετικών μελών που ελέγχονται μέσω της σκέψης.

«Στην καθημερινή μας ζωή, οι χειρονομίες παίζουν σημαντικό ρόλο στην επικοινωνία», δηλώνει στην Carissa Wong του περιοδικού New Scientist η Samantha Brosler, βιομηχανικός και συν-συγγραφέας της μελέτης από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο. «Το να λες "ίσως" κουνώντας καταφατικά το κεφάλι έχει πολύ διαφορετική σημασία από το να κουνάς το κεφάλι αρνητικά».

Στη νέα μελέτη, η Brosler και οι συνεργάτες της επικεντρώθηκαν σε δύο συμμετέχοντες: ο ένας είχε υποστεί παράλυση μετά από εγκεφαλικό επεισόδιο, ενώ ο άλλος έπασχε από τη νευροεκφυλιστική νόσο αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS).

Σε κάθε άτομο είχε εμφυτευθεί χειρουργικά στον αισθητικοκινητικό φλοιό - μια περιοχή του εγκεφάλου που έχει να κάνει με την επεξεργασία των αισθητηριακών ερεθισμάτων και των κινήσεων - μια συσκευή μεγέθους iPhone, εξοπλισμένη με 253 ηλεκτρόδια. Το εμφύτευμα μπορεί να καλύψει με ασφάλεια μια τόσο μεγάλη περιοχή επειδή βρίσκεται στην επιφάνεια του εγκεφάλου και όχι μέσα σε αυτόν, όπως συμβαίνει με άλλα συστήματα BCI, εξηγεί στο περιοδικό Science ο συν-συγγραφέας της μελέτης Edward Chang, νευροχειρουργός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο.

Η ερευνητική ομάδα εκπαίδευσε υπολογιστικά μοντέλα ώστε να αποκωδικοποιούν τις σκέψεις των συμμετεχόντων καθώς εκείνοι προσπαθούσαν να εκφωνήσουν έως και δέκα φράσεις (όπως «γεια» και «χαίρω πολύ») ή να εκτελέσουν έως και δέκα χειρονομίες (όπως το χειροκρότημα και ο χαιρετισμός με το χέρι). Επίσης, εξασκήθηκαν σε έως και 100 ρεαλιστικούς συνδυασμούς ομιλίας και χειρονομιών. Στη συνέχεια, οι ερευνητές αντιστοίχισαν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου που συνδεόταν με τις φράσεις και τις χειρονομίες σε ένα εξατομικευμένο ψηφιακό είδωλο (avatar) ολόκληρου του σώματος, το οποίο μπορούσε να εκτελεί κινήσεις και να «μιλά» μέσω κειμένου στην οθόνη.

Στην περίπτωση του ασθενή που έπασχε από ALS, τα συστήματα αποκωδικοποίησης αναγνώριζαν σωστά τη χειρονομία που σκόπευε να κάνει το άτομο στο 85% των περιπτώσεων και τη φράση που σκόπευε να εκφωνήσει στο 75% των. Ο συμμετέχων που είχε υποστεί εγκεφαλικό επεισόδιο παρουσίασε ακρίβεια 100%. Σύμφωνα με τους ερευνητές, η διαφορά στην απόδοση ενδέχεται να οφείλεται στα διαφορετικά αίτια της παράλυσης.

«Οι ερευνητές έκαναν ένα σημαντικό βήμα προς την ανάπτυξη φυσικών συστημάτων για την αποκατάσταση της λειτουργικότητας σε άτομα με παράλυση», δηλώνει στο περιοδικό Science ο Daniel Rubin, νευρολόγος στο Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης.

Αν και «τα αποτελέσματα είναι εξαιρετικής ποιότητας, το επίπεδο της αποκωδικοποίησης της ομιλίας [στη συγκεκριμένη μελέτη] υπολείπεται εκείνου που έχει αναφερθεί στο παρελθόν», επισημαίνει στη Miryam Naddaf του περιοδικού Nature ο Christian Herff, νευροεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Μάαστριχτ στην Ολλανδία.

Επιπλέον, όπως σημειώνει, το σύστημα επικοινωνίας εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI) αποκωδικοποίησε μόνο μεμονωμένες χειρονομίες και προτάσεις, ενώ οι πραγματικές συνομιλίες περιλαμβάνουν συνεχή ροή ομιλίας και κίνησης.

Η Brosler αναγνωρίζει τους τρέχοντες περιορισμούς του εμφυτεύματος, εξηγώντας ότι η συγκεκριμένη μελέτη αποσκοπούσε στην απόδειξη της βιωσιμότητας της ιδέας (proof of concept). Σχεδιάζει να διευρύνει το λεξιλόγιο του αποκωδικοποιητή ομιλίας και να παρέχει στον αποκωδικοποιητή χειρονομιών τη δυνατότητα συνεχούς ελέγχου μεμονωμένων μελών του σώματος, όπως για παράδειγμα την κίνηση 15 αρθρώσεων στο χέρι.

Το σύστημα θα μπορούσε ακόμη και να αποτελέσει ένα βήμα προς την κατεύθυνση του ελέγχου προσθετικών μελών με τη σκέψη, για άτομα που έχουν υποστεί ακρωτηριασμό.