Фото: pixabay.com"Наша система достигла рекордной скорости работы за счет того, что мы напрямую считываем буквы, которые пациент рисует в уме. Как оказалось, каждый подобный символ ассоциируется с уникальным рисунком активности мозга, что позволяет компьютеру быстро распознавать мысли, при этом почти не совершать ошибок при печати текста", – заявил научный сотрудник Стэнфордского университета (США) Френсис Уиллетт.
За последние десять лет нейрофизиологи и биоинженеры создали десятки различных киберпротезов, искусственных конечностей и органов чувств, которые можно подключать к головному или спинному мозгу человека и животных при помощи специальных систем, которые ученые называют нейроинтерфейсами.
К примеру, в 2012 году ученые из Стэнфорда и Брауновского университета впервые подключили кибернетическую руку к мозгу парализованной женщины и дали ей возможность самостоятельно выпить чашку кофе. В 2016 году специалисты из американского Университета Дьюка в Дареме подключили мозг пациента к роботизированной коляске, а год назад им удалось вернуть ему способность ходить при помощи специального стимулятора спинного мозга.
Подобные усилия ученых, как отмечает Уиллетт, направлены в том числе на создание более удобных форм коммуникации. В частности, за последние семь лет ученые создали несколько десятков нейроинтерфейсов, трансформирующих активность мозга пациентов в устную или письменную речь.
Большинство таких устройств позволяет парализованному человеку набирать текст, двигая курсором мыши по экрану при помощи силы мысли и нажимая им кнопки на экранной клавиатуре. Постепенное совершенствование этого подхода позволило нейрофизиологам достичь относительно медленной, но приемлемой скорости печати, составляющей около 40 символов в минуту.
Уиллетт и его коллеги побили этот рекорд, достигнув типичной скорости печати на смартфоне или другом мобильном устройстве. Им удалось добиться этого при помощи нового нейроинтерфейса и алгоритмов, способных напрямую считывать то, что планирует написать их владелец.
Для этого, как объясняют исследователи, необходимо имплантировать нейрочип в ту часть коры мозга пациента, которая отвечает за исполнение различных "тонких" действий, в том числе перемещений руки во время написания текста. После вживления электродов и их подключения к компьютеру инвалид должен представить, что он пишет на листе чистой бумаги определенную букву алфавита или какой-то другой символ, в том числе пробелы, запятые, точки и прочие знаки препинания.
Через некоторое время алгоритмы, разработанные Уиллеттом и его коллегами, начинают различать сигналы, вырабатываемые мозгом пациента в тот момент времени, когда он пишет разные буквы в уме. Это позволяет компьютеру очень быстро и фактически безошибочно преобразовать мысли в печатный текст, в том числе целые слова и предложения, анализируя цепочки распознанных сигналов при помощи нейросетей.
Работу этого нейропротеза ученые проверили на 63-летнем добровольце, чье тело было полностью парализовано несколько лет назад в результате травмы позвоночника. После подключения нейрочипа к его двигательной коре мужчина быстро освоил мысленную печать текста и начал набирать сложные предложения и слова со скоростью 90 символов в минуту, совершая при этом минимум ошибок.
В ближайшее время Уиллетт и его коллеги планируют провести аналогичный эксперимент с участием добровольцев, полностью потерявших дар речи в результате тяжелых травм мозга, а также из-за развития бокового амиотрофического склероза или других нейродегенеративных болезней. Как надеются нейрофизиологи, им удастся вернуть способность общаться с окружающими тем людям, которые давно потеряли эту возможность.
