پزشکی و سلامت ,علمی، پژوهشی و فناوری

دقیق‌ترین فناوری مغز ابداع شد

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : یک رابط جدید مغز و رایانه (BCI) که در بیمارستان دانشگاه دیویس در کالیفرنیای آمریکا (UC Davis Health) ساخته شده است، می‌تواند سیگنال‌های مغز را با دقت چشمگیر تا ۹۷ درصد به گفتار تبدیل کند که ادعا می‌شود بالاترین دقتی است که تاکنون توسط چنین سیستمی به دست آمده.

محققان حسگر‌هایی را در مغز مردی با اختلال گفتاری شدید ناشی از بیماری «اسکلروز جانبی آمیوتروفیک» (ALS) کاشتند. شگفت انگیز است که توانست در عرض چند دقیقه پس از استفاده از سیستم، افکار خود را به اشتراک بگذارد.

«دیوید برندمن» «David Brandman» جراح مغز و اعصاب دانشگاه کالیفرنیا دیویس و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: «فناوری BCI ما به یک مرد فلج کمک کرد تا با دوستان، خانواده و پرستاران ارتباط برقرار کند. پژوهش ما دقیق‌ترین پروتز عصبی گفتاری (دستگاه) گزارش شده تا کنون است.»

ALS چیست؟

اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) که اغلب به عنوان بیماری «لو گریگ» شناخته می‌شود، عملکرد سلول‌های عصبی مسئول کنترل حرکات بدن را مختل می‌کند. با پیشرفت این بیماری، افراد به تدریج توانایی ایستادن، راه رفتن و استفاده از دستان خود را از دست می‌دهند. علاوه بر این، می‌تواند ماهیچه‌های مورد نیاز برای گفتار را مختل کند و در نهایت منجر به از دست دادن کامل ارتباط واضح شود.

فناوری جدیدی برای کمک به افرادی که به دلیل فلج یا اختلالات عصبی مانند ALS قادر به صحبت کردن نیستند، نوید بخش است. این نوآوری سیگنال‌های مغز را زمانی که فرد تلاش می‌کند صحبت کند، رمزگشایی کرده، به متن تبدیل کرده و سپس رایانه آن را صداگذاری می‌کند.

هنگامی که کاربر سعی می‌کند کلمات را بیان کند، این دستگاه پیشرفته رابط مغز و رایانه، سیگنال‌های مغزی مربوطه را گرفته و آنها را به متن نمایش داده شده روی صفحه تبدیل می‌کند. رایانه نیز سپس متن را با صدای بلند می‌خواند.

برای اصلاح این سیستم، محققان «کیسی هارل» «Casey Harrell» بیمار ۴۵ ساله مبتلا به ALS را در کارآزمایی بالینی خود قرار دادند. در زمان آغاز آزمایش، هارل دچار ضعف قابل توجهی در هر دو دست و پا (تتراپارزی) بود و گفتارش به قدری مختل شده بود که برای برقراری ارتباط به کمک نیاز داشت.

در جولای ۲۰۲۳، دکتر برندمن، این دستگاه آزمایشی BCI را در مغز بیمار کاشت. او چهار آرایه میکروالکترودی را در شکنج پیش مرکزی چپ، ناحیه مغز مرتبط با هماهنگی گفتار قرار داد. این آرایه‌ها برای ثبت فعالیت مغز با استفاده از ۲۵۶ الکترود قشر مغز طراحی شده اند.

«سرگئی استاویسکی» «Sergey Stavisky»، عصب شناس و محقق اصلی این مطالعه، گفت: «واقعا تلاش آنها برای حرکت دادن عضلات و صحبت کردنشان را شناسایی می‌کنیم. ما در حال ضبط آن بخشی از مغز هستیم که سعی در ارسال این دستورات به عضلات دارد؛ و اساسا به آن گوش می‌دهیم و آن الگو‌های فعالیت مغزی را به یک واج مانند یک هجا یا واحد گفتار و سپس کلماتی را که قصد گفتن آنها را دارند ترجمه می‌کنیم.»

دقت ۹۷ درصدی
 
هارل از این سیستم در مکالمات هدایت شده و بدون جریان استفاده کرد. در هر سناریو، دستگاه گفتار او را به طور بلادرنگ رمزگشایی می‌کرد و سیستم به طور مداوم به روزرسانی می‌شد تا دقت خود را حفظ کند.

کلمات رمزگشایی شده روی یک صفحه نمایش داده شدند و به طرز چشمگیری با صدایی شبیه صدای هارل پیش از ابتلایش به ALS، با صدای بلند بیان می‌شدند. این صدا با استفاده از نرم افزاری که از قبل از شروع بیماری با استفاده از صدای ضبط شده وی آموزش دیده بود، سنتز شده است.

در طول جلسه آموزشی اولیه برای داده‌های گفتاری، سیستم به دقت خیره کننده ۹۹.۶ درصدی با واژگان ۵۰ کلمه تنها در ۳۰ دقیقه دست یافت.

استاویسکی با تاکید بر انجام یک کار گروهی، اظهار داشت: «اولین باری که سیستم را امتحان کردیم، هارل از خوشحالی گریه کرد، زیرا کلماتی که می‌خواست بگوید، به درستی روی صفحه ظاهر شد.» 

برندمن گفت: «در این مرحله، می‌توانیم چیزی را که هارل می‌خواهد بگوید، در ۹۷ درصد مواقع به درستی رمزگشایی کنیم، که بهتر از بسیاری از برنامه‌های کاربردی تلفن هوشمند تجاری موجود است که سعی می‌کنند صدای افراد را تفسیر کنند».

نتایج این پژوهش در نشریه پزشکی New England منتشر شد.