Создан беспроводный мозговой имплантат – синтезатор речи

26-летний Эрик Рамси (Erik Ramsey) парализован вот уже 10 лет и не может говорить. Теперь благодаря имплантату он научился передавать первые простые звуки. О перспективном достижении сообщила группа учёных из американской компании Neural Signals, Бостонского университета (Boston University) и ряда других институтов США.

Трёхмерная томограмма головы испытуемого. Стрелкой показан провод, проникающий в твёрдую мозговую оболочку. Правее и выше виден набор электроники, установленной непосредственно на черепе, под кожей (фото Frank H. Guenther et al.).
Трёхмерная томограмма головы испытуемого. Стрелкой показан провод, проникающий в твёрдую мозговую оболочку. Правее и выше виден набор электроники, установленной непосредственно на черепе, под кожей (фото Frank H. Guenther et al.).

Многие проекты в области интерфейсов "мозг — компьютер" (BCI) связаны именно с помощью парализованным. Особенно важным направлением тут является коммуникация пациента. Раньше разработчики BCI сосредотачивались на различных вариантах мысленного письма, однако такой канал слишком медленный. Гораздо привлекательнее научиться синтезировать и озвучивать речь, произносимую пациентом в мыслях.

Именно такую систему построили в США, причём в отличие от предыдущих опытов такого рода новинка является беспроводным устройством: после операции имплантат оказывается полностью спрятанным в голове пациента, никаких проводков, несущих с собой риск инфекции, наружу не выходит.

Слева: томограмма мозга, вид сверху и с левой стороны. Оранжевые пятна – активность нейронов в процессе попытки произнесения слов, красная линия – предцентральная борозда, жёлтая – центральная борозда. Справа: сканирование того же пациента после имплантации электродов (показаны стрелками) (фото Frank H. Guenther et al.).
Слева: томограмма мозга, вид сверху и с левой стороны. Оранжевые пятна – активность нейронов в процессе попытки произнесения слов, красная линия – предцентральная борозда, жёлтая – центральная борозда. Справа: сканирование того же пациента после имплантации электродов (показаны стрелками) (фото Frank H. Guenther et al.).

Набор контактов учёные поместили в предцентральную извилину, точнее, в участок коры, отвечающий за речь. От него проводки идут в электронную схему, расположенную на черепе. Здесь сигналы усиливаются и передаются через кожу по FM-каналу. Снаружи располагается приёмник и в нём же — катушка, осуществляющая беспроводное питание спрятанной схемы.

Из приёмника сигналы поступают в аналого-цифровой преобразователь и декодер, далее компьютер расшифровывает "рисунок" активности нейронов и управляет синтезатором речи.

Что важно: вся цепочка срабатывает за 50 миллисекунд, а это время, за которое у здорового человека сигнал из командной моторной коры добирается до языка и гортани, которые начинают действовать. Таким образом, ключевой особенностью опыта является обратная связь на слух — человек пытается говорить и тут же слышит звуки, на ходу корректируя свои попытки. Похоже на процесс овладение речью у малыша.

Авторы устройства проделали колоссальную работу, чтобы научиться вычленять в наборе нейронных сигналов те, что определяют конкретные форманты. Напомним, форманты — это акустические компоненты звуков, отвечающие за их характер. В случае реальной речи форманты определяются расположением и текущей формой языка. Но у парализованного пациента нарушена связь между участком коры, управляющим речевым аппаратом, и исполнительными "механизмами". Потому учёные и построили обходную схему.

Схема мозгового интерфейса – синтезатора речи (иллюстрация Frank H. Guenther et al.).
Схема мозгового интерфейса – синтезатора речи (иллюстрация Frank H. Guenther et al.).

В результате, как показали тесты, постепенная практика существенно повысила точность "попадания", то есть воспроизведения парализованным человеком конкретных звуков, на выбор экспериментаторов. (Детали опыта изложены в статье в PLoS ONE.)

Правда, в нынешнем виде система обладает всего тремя проводками, подключёнными к коре в точно рассчитанных точках. Такого скромного съёма сигналов хватило на то, чтобы надёжно различать в мыслях человека гласные звуки. Так что полноценно Рамси говорить ещё не может. Но это только начало пути. Для человека, попавшего когда-то в автомобильную аварию, и эти звуки – надежда на установление речевой коммуникации.

В будущем создатели прибора намерены увеличить число контактов до 32. Тогда пациенту станет доступной вся палитра звуков.

Кроме того, пока комплекс работает лишь в лабораторных условиях, поскольку дешифровкой сигналов занимается обычный PC. Но в дальнейшем учёные намерены "утрамбовать" всё необходимое в ноутбук. Тогда испытуемый сможет со своим чипом-синтезатором разговаривать с людьми и на улице — впервые в такого рода экспериментах.







Интересные новости
Вплине на вимірювання часу: танення льодовиків сповільнило обертання ЗемліВплине на вимірювання часу: танення льодовиків сповільнило обертання Землі
Вчені розповіли, чому «зірки-невдахи» часто самотніВчені розповіли, чому «зірки-невдахи» часто самотні
Блок рекламы


Похожие новости

Вакцина от африканской чумы свиней создана во ВьетнамеВакцина от африканской чумы свиней создана во Вьетнаме
Немецкий профессор привил 50 человек собственноручно созданной "вакциной"
NASA поддержит создание частной орбитальной станции на замену МКС
Соучредитель Apple Стив Возняк объявил о создании космической компании
Создан суперконденсатор размером с пылинку, который выдаёт напряжение как у пальчиковой батарейки
Создан универсальный имплант барабанной перепонки, полностью восстанавливающий слух
Маск анонсировал создание робота-гуманоида, который будет выполнять опасную или монотонную работу
Создана платформа для квантовых вычислений, совместимая с оптоволоконными сетями
Blue Origin не смогла оспорить контракт NASA со SpaceX на создание лунного модуля
Американский стартап заявил о создании квантового компьютера с беспрецедентными характеристиками
Последние новости

Подгружаем последние новости