אובדן הקול או היכולת להקליד הודעה פשוטה יכול להיות, עבור מישהו שסובל מ... שיתוק חמורזה הרבה יותר ממגבלה פיזית: זה כרוך בהפחתת האוטונומיה שלהם, מערכות היחסים שלהם, ובמידה רבה, גם תוכניות חייהם. בשנים האחרונות, נוירוטכנולוגיות התמקדו בבעיה זו, וחיפשו דרכים עבור אנשים אלה לתקשר שוב מבלי להסתמך על מערכות איטיות ומתישות.
בהקשר זה, צוות מחקר אמריקאי בדק בהצלחה את ממשק מוח-מחשב מושתל מסוגל להמיר תנועות אצבעות לטקסט על גבי מקלדת וירטואלית. המכשיר, שעדיין נמצא בשלב הניסוי, נוסה על שני אנשים עם שיתוק כמעט מוחלט והשיג מהירויות הקלדה ורמות דיוק קרובות לאלו של אדם ללא מוגבלויות מוטוריות.
נוירו-פרוטזה שמתרגמת ניסיונות הקלדה לאותיות
העבודה חתומה על ידי מדענים מ המכון למדעי המוח מסצ'וסטס גנרל בריגהאם, בבוסטון, ושל ה אוניברסיטה בראוןאשר משתפים פעולה מזה שנים בקונסורציום BrainGate, יוזמה המתמקדת בפיתוח ממשקי מוח-מחשב עבור אנשים עם שיתוקהמחקר החדש, שפורסם בכתב העת המדעי Nature Neuroscience, מתאר נוירו-פרוטזה לכתיבה שאינה מזיזה סמן, אלא מסתמכת על מקלדת QWERTY קונבנציונלית כנקודת התחלה.
כדי להשיג זאת, החוקרים משתילים חיישני מיקרואלקטרודה בקליפת המוח המוטוריתהאזור במוח המעורב בשליטה על תנועות רצוניות של הידיים והאצבעות. מיקרואלקטרודות אלו מזהות את הפעילות החשמלית המתרחשת כאשר אדם מנסה נפשית להזיז את אצבעותיו כדי ללחוץ על מקש, למרות שהגוף אינו יכול לבצע את התנועה עקב הפגיעה.
מול המשתתף מוצג מקלדת QWERTY סטנדרטית מלווה בייצוג סכמטי של האצבעות. כל אות משויכת לשילוב ספציפי של מיקומי אצבעות (לדוגמה, למעלה, למטה או כפופות). כאשר המשתמש מדמיין תנועות אלה, האלקטרודות אוספות את האות העצבי ושולחות אותו למערכת מחשב ש... מתורגם לתווים טקסטואליים.
התהליך לא נעצר שם: פלט המפענח עובר דרך מודל שפה ניבוייתבדומה לתכונת התיקון האוטומטי בטלפונים ניידים, היא מסייעת לתקן שגיאות ולהשלים מילים, כך שהמשפט הסופי יהיה קוהרנטי ונאמן ככל האפשר לכוונת המטופל.
שני חולים עם שיתוק חמור כמקרה מבחן
הניסוי נערך עם שני אנשים עם שיתוק מתקדם מאודמשתתף אחד עם טרשת אמיוטרופית צידית מתקדמת (ALS) ואחר עם פגיעה בחוט השדרה הצווארי מה שגרם לו לסבול מבעיות שרירים בארבע ראשי. שניהם היו חלק מהתוכנית הקלינית של BrainGate ונתנו את הסכמתם לבחון את הנוירו-פרוטזה החדשה לכתיבה.
לאחר ניתוח השתלת המיקרואלקטרודה, המתנדבים עברו הכשרה קצרה עם המערכת. זה לקח בערך 30 ביטויי כיול כך שהתוכנה תוכל להתאים את אלגוריתמי הפענוח שלה לאותות העצביים של כל אדם. משם, הם התבקשו לכתוב הודעות תוך שימוש אך ורק בניסיונותיהם להזיז את אצבעותיהם על המקלדת הווירטואלית המוצגת על המסך.
התוצאות היו יוצאות דופן בזכות המהירות והדיוק שלהן. אחד המשתתפים הגיע למהירות מרבית של 110 תווים לדקהזה מתורגם לכ-22 מילים בדקה, עם שיעור שגיאות מילים של 1,6%. מרווח טעות זה דומה לזה של אדם המקליד ידנית על מקלדת פיזית או על מסך סמארטפון.
המתנדב השני, שסבל ממחלת ALS מתקדמת ונזקק להנשמה מכנית, הצליח גם הוא לייצר משפטים מובנים דרך המערכת, אם כי בקצב מעט איטי יותר. במקרה שלו, חשיבות ההתקדמות ראויה לציון במיוחד, שכן הוא איבד לחלוטין את יכולת הדיבור ולא יכל להשתמש בטכנולוגיות מסייעות קונבנציונליות ללא מאמץ עצום.
היבט חשוב במיוחד של הניסוי הוא ששני החולים הצליחו להשתמש במכשיר בביתךולא רק במסגרת בית חולים או מעבדה בלבד. ממצא זה מצביע על כך שעם פיתוח נוסף, ניתן יהיה לשלב את הטכנולוגיה במערכות תמיכה יומיומיות, כך שאלו הסובלים משיתוק חמור יוכלו לתקשר מהבית עם בני משפחה, מטפלים או אנשי מקצוע בתחום הבריאות.
מדוע ממשק זה שונה ממערכות קיימות
כיום, אנשים רבים עם שיתוק ששומרים על שליטה מסוימת בעיניים מסתמכים על מכשירי מעקב עינייםמערכות אלו מאפשרות למשתמשים לבחור אותיות או סמלים על ידי הזזת עיניהם על פני המסך, אך, כפי שתואר על ידי המטופלים עצמם, הן איטיות, מעייפות לשימוש ונוטות לטעויות. במקרים רבים, משתמשים נוטשים אותן בסופו של דבר עקב התסכול שהן גורמות.
הנוירו-פרוטזה של BrainGate נוקטת בגישה שונה: במקום לעקוב אחר מבט או להזיז סמן באמצעות מחשבה, היא מתמקדת ב... לפענח את ניסיונות תנועת האצבע על מקלדת המוכרת כמעט לכל אדם יודע קרוא וכתוב. לאסטרטגיה זו שני יתרונות ברורים: מצד אחד, היא מאפשרת לנו לנצל את הזיכרון המוטורי שמטופלים רבים פיתחו במהלך שנים של שימוש במקלדות פיזיות; מצד שני, היא מקלה על השגת מהירויות כתיבה גבוהות יותר מאשר אלו של מערכות תקשורת תומכת אחרות.
יתר על כן, השימוש באלגוריתמים של בינה מלאכותית, הן לפענוח האות העצבי והן עבור מודל השפה, תורם לשיפור הדיוק מבלי לדרוש מאמץ קוגניטיבי מוגזם מהמשתמש. האדם אינו צריך "לחשוב על אותיות בודדות", אלא לדמיין את תנועת אצבעותיו כפי שהיה עושה אם היה מקליד בפועל.
על פי צוות המחקר, שילוב זה של חיישנים מושתלים, עיבוד אותות מתקדם ומודלים של שפה משנה את ממשקי מוח-מחשב בחלופה הולכת וגוברת ומוצקה לפתרונות קיימים, לפחות עבור קבוצה ספציפית של חולים עם שיתוק חמור שאינם מוצאים תגובה הולמת במערכות קונבנציונליות.
תפקידו של קונסורציום בריינגייט ותחזיות עתידיות
פיתוח הנוירו-פרוטזה הזו הוא חלק מעבודת הקונסורציום BrainGateהאגודה הבינלאומית למדעי המוח (INCAA), שנוסדה בשנת 2004, מאגדת נוירולוגים, מדעני מוח, מהנדסים, מדעני מחשב, נוירוכירורגים, מתמטיקאים ומומחים אחרים ממוסדות אקדמיים שונים. מטרתם המשותפת היא ליצור טכנולוגיות המאפשרות... שחזור פונקציות שאבדו אצל אנשים עם מחלות נוירולוגיות, פגיעות בחוט השדרה או קטיעות גפיים.
במהלך שני העשורים האחרונים, BrainGate הוכיחה בניסויים מבוקרים כי ניתן להשתמש בממשקי מוח-מחשב כדי... סמני שליטה, זרועות רובוטיות או התקנים חיצוניים מבוסס על פעילות מוחית. ההתקדמות שפורסמה כעת מתמקדת ספציפית בתקשורת כתובה, תחום מפתח עבור אלו שאיבדו הן את היכולת לדבר והן את היכולת להשתמש במקלדת פיזית.
האחראים על הניסוי מדגישים כי הטכנולוגיה עדיין נמצאת בשלב המחקר. שאלות כגון הבאות נותרו ללא פתרון: עמידות של שתלים, יציבות האותות לאורך זמן, הסיכונים האפשריים הכרוכים בניתוח, קלות השימוש במערכות מקומיות או התאמתן למימון מערכות בריאות, כולל אירופאיות.
אפילו עם אמצעי זהירות אלה, הצוות מאמין שהמכשיר פותח נתיב לתעשייה להתפתחות בטווח הבינוני. גרסאות מסחריות של נוירו-פרוטזות מותאם לחולים עם פרופילי שיתוק שונים. הקונסורציום מדגיש כי שיתוף פעולה בין מרכזים אקדמיים לחברות יהיה המפתח לתרגום תוצאות ניסוייות אלו לפתרונות קליניים אמיתיים.
רלוונטיות לחולים באירופה ואתגרים עתידיים
למרות שהמחקר נערך בארצות הברית, השפעתו רלוונטית ישירות לאנשים עם ALS, פגיעות בחוט השדרה או שבץ מוחי באירופה, כולל ספרד, שם הזדקנות האוכלוסייה והעלייה במחלות ניווניות של מערכת העצבים מעלות את הביקוש לטכנולוגיות סיוע בתקשורת שנה אחר שנה.
במערכות בריאות כמו זו של ספרד, עם מרכיב ציבורי חזק, התפתחויות מסוג זה מוערכות בדרך כלל לא רק מבחינת יעילותן הקלינית, אלא גם מבחינת... יעילות כלכלית ויכולתה לשלב ברשתות שיקום נוירולוגי ובטיפול ביתי. האפשרות של ממשקי מוח-מחשב שיתפקדו בסביבות ביתיות מעדיפה את אימוץם העתידי, בתנאי שהציוד יפשט והרכיבים יהפכו לזולים יותר.
במבט קדימה לשנים הבאות, חוקרים מציעים מספר תחומים לשיפור. אחד מהם כולל הכנסת מקלדות או מערכות סטנוגרפיה בהתאמה אישית המאפשרים הקלדה מהירה עוד יותר; אחרת, לנצל את אותה טכנולוגיה כדי לנסות לשחזר תנועות הושטה ואחיזה אצל אנשים עם שיתוק בגפיים העליונות, תוך שימוש בדפוסים שכבר זוהו של פעילות עצבית.
יש גם דיבורים על שילוב ממשקים אלה עם כלי תמיכה אחרים, כגון קוראי מסך, עוזרי קול או מכשירי אוטומציה ביתיים, במטרה לבנות סביבות מגורים נגישות יותר עבור אלו התלויים בכיסא גלגלים או הזקוקים לטיפול מתמשך. כל זאת עם אותו חוט משותף: חיבור מחדש של מוחו של האדם לעולם הסובב אותו כאשר גופו הפסיק להגיב.
יחד, ניסוי קליני חדש זה מדגים כי א ממשק מוח-מחשב מושתל זה יכול לספק לאנשים עם שיתוק חמור צורת תקשורת כתובה שהיא מהירה, מדויקת ויציבה מספיק לשימוש בחיי היומיום, וזהו צעד חשוב לקראת פתרונות שלא רק מאריכים את החיים אלא גם מאפשרים לאנשים לחיות עם אוטונומיה רבה יותר ויכולת להתקשר לאחרים.