این ایمپلنت ذهن شما را می خواند

به تازگی محققان ایمپلنت با وضوح بالا ایجاد کرده اند که سیگنال های مغز را ضبط می کند تا آنچه را که مردم می خواهند بگویند، رمزگشایی کند.

به گزارش تکناک، در همان روزهای اولیه، این دستگاه ممکن است به افرادی که تکلم خود را به دلیل بیماری های عصبی از دست داده اند، توانایی برقراری ارتباط بدهد.

از دست دادن توانایی برقراری ارتباط می تواند یک عارضه جانبی ناشی از بیماری های عصبی ناتوان کننده مانند اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) باشد، که در آن عملکرد ذهنی حفظ می شود اما عضلات کنترل کننده گفتار ضعیف و سفت می شوند.

یک راه حل برای بازگرداندن ارتباطات، رمزگشایی سیگنال ها به طور مستقیم از قشر حرکتی مغز است که حرکات ماهیچه ها را به ترتیب خاصی برای تولید صداهای مختلف تحریک می کند.

محققان دانشگاه دوک در ایالات متحده یک ایمپلنت مغزی ساخته‌اند که از ضبط‌های عصبی با وضوح بالا برای رمزگشایی سیگنال‌های مغزی افراد استفاده می‌کند و آن‌ها را به آنچه می‌خواهند بیان کنند، ترجمه می‌کند.

گرگوری کوگان، یکی از نویسندگان مربوط به این مطالعه گفت: بیماران زیادی هستند که از اختلالات حرکتی ناتوان کننده مانند ALS (اسکلروز جانبی آمیوتروفیک) یا سندرم قفل شده رنج می برند که می تواند توانایی صحبت کردن آنها را مختل کند. اما ابزارهای فعلی موجود برای برقراری ارتباط عموماً بسیار کند و دست و پا گیر هستند.

در حال حاضر، بهترین نرخ رمزگشایی گفتار حدود 78 کلمه در دقیقه است، در حالی که ما با حدود 150 کلمه در دقیقه صحبت می کنیم. این تاخیر عموماً به تعداد حسگرهای فعالیت مغزی استفاده شده نسبت داده می شود. حسگرهای کمتر به معنای اطلاعات کمتر قابل رمزگشایی است.

به منظور بهبود دستگاه‌های موجود، محققان 256 حسگر مغز میکروسکوپی را روی یک قطعه پلاستیکی انعطاف‌پذیر به اندازه تمبر پستی بسته‌بندی کردند که به این معنی بود که دستگاه می‌توانست سیگنال‌های عصبی با کیفیت بالاتر را با وضوح فضایی بیشتر به دست آورد.

علیرغم نزدیکی آنها، نورون هایی که تنها چند میکرون از هم فاصله دارند، می توانند الگوهای فعالیت بسیار متفاوتی را هنگام هماهنگ کردن گفتار داشته باشند. پیش‌بینی دقیق در مورد آنچه که شخص قصد گفتن آن را دارد، نیازمند تشخیص سیگنال‌ها از سلول‌های مغزی مجاور است.

البته این ایمپلنت (implant : device placed under human skin for decorative purposes) نیاز به آزمایش داشت. محققان چهار بیمار را که قبلاً تحت عمل جراحی مغز برای درمان بیماری پارکینسون یا برداشتن تومور قرار می‌گرفتند، انتخاب کردند و جراحی آنها را برای مدت کوتاهی به عقب انداختند تا از ایمپلنت برای آنها استفاده کنند.

بعد از کاشت ایمپلنت، شرکت کنندگان مجموعه ای از کلمات مانند “ava”، “kug” یا “vip” را شنیدند و هر کدام را با صدای بلند تکرار کردند. آن ایمپلنت، فعالیت را در قشر حرکتی بیمار ثبت کرد زیرا نزدیک به 100 ماهیچه را که لب ها، زبان، فک و حنجره را حرکت می دهند، هماهنگ می کرد. سپس داده‌ها به یک الگوریتم یادگیری ماشینی وارد شدند تا محققان ببینند که این الگوریتم چقدر می‌تواند صدای تولید شده را فقط بر اساس ضبط‌های فعالیت مغز را پیش‌بینی کند.

برای برخی صداها و شرکت کنندگان، مانند “g” در کلمه “gak”، دستگاه رمزگشا در 84٪ مواقع درست می گفت که اولین صدا در یک رشته سه تایی بود که یک کلمه خاص را تشکیل می داد. هنگامی که دستگاه رمزگشا صداها را در وسط یا انتهای کلمه تجزیه می کرد و دو صدا مانند “p” و”b”  شبیه هم بودند، با مشکل مواجه شد و دقت کاهش یافت.

به طور کلی، دستگاه رمزگشا در 40٪ موارد دقیق بود. اگرچه به نظر چندان چشمگیر به نظر نمی رسد، محققان خاطرنشان می کنند که این الگوریتم تنها از 90 ثانیه داده های گفتاری گرفته شده در طول آزمایش 15 دقیقه ای استفاده می کرد.

محققان به بهبود دقت و سرعت رمزگشایی دستگاه خود ادامه خواهند داد و از کمک مالی موسسه ملی بهداشت (NIH) برای کار بر روی یک نسخه بی سیم استفاده می کنند.

کوگان گفت: ما درحال حاضر در حال توسعه همان نوع دستگاه های ضبط هستیم، اما بدون سیم.

این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شد.