Για έναν άνθρωπο που έχει χάσει την ομιλία και τον έλεγχο των κινήσεών του, η επικοινωνία δεν είναι μόνο ζήτημα λέξεων. Ένα νεύμα, ένα σήκωμα των ώμων ή μια κίνηση του χεριού μεταφέρει μέρος του νοήματος. Νέα μελέτη δείχνει ότι ένα μόνο εγκεφαλικό εμφύτευμα μπορεί να αποκωδικοποιεί ταυτόχρονα τέτοια λεκτικά και μη λεκτικά σήματα.
Η εργασία, που δημοσιεύθηκε στο Nature Neuroscience, περιγράφει ένα σύστημα διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI) το οποίο μετατρέπει την ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου σε κείμενο και κινήσεις ενός εξατομικευμένου ψηφιακού avatar. Είναι μια απόδειξη αρχής, όχι ακόμη μια τεχνολογία καθημερινής χρήσης.
Ένα εμφύτευμα για δύο τρόπους επικοινωνίας
Η ομάδα χρησιμοποίησε μια συστοιχία 253 ηλεκτροδίων, τοποθετημένη χειρουργικά στην επιφάνεια του εγκεφαλικού φλοιού. Η θέση της καλύπτει περιοχές του αισθητικοκινητικού φλοιού που συνδέονται τόσο με την ομιλία όσο και με τις κινήσεις του σώματος.
Οι συμμετέχοντες καλούνταν να προσπαθήσουν να πουν συγκεκριμένες φράσεις, να κάνουν ή να φανταστούν χειρονομίες και, σε ορισμένες δοκιμές, να συνδυάσουν τα δύο. Το σύστημα κατέγραφε τα νευρικά σήματα και χρησιμοποιούσε ξεχωριστούς αποκωδικοποιητές για την ομιλία και την κίνηση. Έτσι, η λέξη «ναι» μπορούσε να συνοδεύεται από ένα νεύμα, ενώ το «γεια» από έναν χαιρετισμό.
Η ταυτόχρονη αποκωδικοποίηση έχει ιδιαίτερη σημασία επειδή τα σήματα που σχετίζονται με την ομιλία και τις χειρονομίες εν μέρει επικαλύπτονται. Επιπλέον, ο εγκέφαλος δεν ενεργοποιείται με ακριβώς τον ίδιο τρόπο όταν κάποιος εκτελεί μόνο μία ενέργεια και όταν τις συνδυάζει. Η εκπαίδευση του μοντέλου και στα δύο είδη δοκιμών βοήθησε το σύστημα να ανταποκρίνεται σε διαφορετικά σενάρια επικοινωνίας.
Από τη νευρική δραστηριότητα στο avatar
Το αποτέλεσμα δεν ήταν μόνο μια σειρά λέξεων σε οθόνη. Η έξοδος του BCI μπορούσε να κινεί ένα εξατομικευμένο avatar ολόκληρου του σώματος, ώστε η επικοινωνία να περιλαμβάνει και οπτικές ενδείξεις. Η προσέγγιση αυτή πλησιάζει περισσότερο τον φυσικό τρόπο με τον οποίο μιλάμε: οι λέξεις, οι εκφράσεις και οι χειρονομίες λειτουργούν μαζί.
Η μελέτη περιλάμβανε τρία άτομα με σοβαρή παράλυση. Ένας συμμετέχων είχε προβλήματα ομιλίας και κίνησης μετά από εγκεφαλικό επεισόδιο στο εγκεφαλικό στέλεχος. Ένας δεύτερος είχε αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση, ενώ το δημοσιευμένο ερευνητικό πρωτόκολλο περιγράφει και τρίτο συμμετέχοντα με παράλυση και αδυναμία άρθρωσης μετά από εγκεφαλικό επεισόδιο.
Οι δοκιμές βασίστηκαν σε περιορισμένο σύνολο φράσεων και χειρονομιών. Αυτό είναι κρίσιμο: το σύστημα απέδειξε ότι μπορεί να χειριστεί παράλληλες εντολές σε ελεγχόμενο πείραμα, όχι ότι κατανοεί απεριόριστο αυθόρμητο λόγο ή κάθε κίνηση που μπορεί να κάνει ένας άνθρωπος.
Το επόμενο βήμα είναι η αξιοπιστία
Η μεγαλύτερη αξία του αποτελέσματος βρίσκεται στη διεύρυνση του τι μπορεί να θεωρηθεί επικοινωνία μέσω ενός BCI. Οι προηγούμενες προσεγγίσεις συχνά εστίαζαν είτε στην αποκωδικοποίηση της ομιλίας είτε στον έλεγχο μιας συσκευής. Η παράλληλη διαχείριση περισσότερων «καναλιών» θα μπορούσε, μελλοντικά, να προσφέρει στους ανθρώπους με παράλυση ταχύτερη και πιο εκφραστική επικοινωνία.
Ωστόσο, το εμφύτευμα απαιτεί χειρουργική επέμβαση και η μελέτη έγινε σε πολύ μικρό αριθμό συμμετεχόντων. Οι φράσεις και οι κινήσεις ήταν προκαθορισμένες, ενώ η απόδοση σε ένα εργαστήριο δεν ισοδυναμεί με ασφαλή λειτουργία σε καθημερινό περιβάλλον. Χρειάζονται μεγαλύτερες και μακρύτερες μελέτες, έλεγχος της σταθερότητας των σημάτων και αξιολόγηση του πόσο εύκολα μπορεί να προσαρμοστεί το σύστημα σε διαφορετικούς ανθρώπους.
Το εύρημα, λοιπόν, δεν σημαίνει ότι οι σκέψεις μεταδίδονται ελεύθερα σε μια οθόνη. Δείχνει κάτι πιο συγκεκριμένο και πιο χρήσιμο: όταν ένα άτομο επιχειρεί να μιλήσει ή να κινηθεί, η καταγεγραμμένη εγκεφαλική δραστηριότητα μπορεί να μετατραπεί σε συνδυασμό κειμένου και χειρονομιών. Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα προς BCI που δεν αποκαθιστούν μόνο μια λειτουργία, αλλά μέρος της φυσικής εκφραστικότητας της ανθρώπινης επικοινωνίας.
Πηγή: Nature και Nature Neuroscience.