«Наша главная цель — создать гибкий речевой нейропротез, который позволит пациенту с параличом говорить максимально бегло, управляя собственной интонацией, и быть более выразительным, позволяя ему модулировать свою интонацию», — сказала Майтрейя Вайрагкар из Калифорнийского университета в Дэвисе, которая руководила исследованием.
Разработка протеза, отвечающего всем этим требованиям, означала, что команде Вайрагкары пришлось столкнуться почти со всеми проблемами, с которыми в прошлом сталкивались коммуникационные решения на основе нейрокомпьютрерных интерфейсов, рассказывает Ars Technica.
Первая проблема заключалась в выходе за рамки письменного текста — большинство нейронных протезов, разработанных до сих пор, переводили мозговые сигналы в текст. Слова, которые пациент с имплантированным протезом хотел сказать, просто появлялись на экране. Для повседневного общения этого недостаточно. Несмотря на то, что точность преобразования мыслей в текст достигла почти 100%, перевод текста в устную речь осложнялось высокой задержкой.
Почти во всех решениях предложения появлялись на экране спустя долгое время после того, как пациент заканчивал соединять слова в предложения в уме. Синтез речи обычно начинался только после того, как текст был готов, что вызывало еще большую задержку.
Кроме того, системы преобразования мыслей в текст страдали от ограниченного словарного запаса. Новейшие модели такого рода поддерживали словарь примерно из 1300 слов. Они не позволяли говорить на другом языке, использовать более сложный словарный запас или даже произнести необычное название какого-нибудь кафе. Поэтому Вайрагкар спроектировала свой протез для перевода сигналов мозга в звуки, а не в слова, причем в режиме реального времени.
Новая система состоит из нейроимпланта с 256 микроэлектродами, вживленными в вентральную часть прецентральной извилины. Сигналы нейронной активности отправляются в алгоритм искусственного интеллекта — нейронный декодер — который расшифровывает эти сигналы и извлекает речевые характеристики, такие как высота тона или голос. На следующем этапе эти характеристики попадают в вокодер, алгоритм синтеза речи. Вся система работает с задержкой примерно до 10 миллисекунд — преобразование мозговых сигналов в звуки происходит почти мгновенно.
Поскольку этот нейропротез преобразует мозговые сигналы в звуки, он не имеет ограничения по словарному запасу. Пациент может произносить любые слова, даже те, которых нет в словаре, а также междометия. А так как система чувствительна к высоте тона и другим особенностям артикуляции звуков, она позволяет озвучивать вопросы, произнося последнее слово в предложении немного более высоким тоном, и даже напевать.
Правда, при этом точность распознавания мыслей существенно снизилась. Пока нейроинтерфейс не готов к повседневному использованию. Возможно, эту проблему решит увеличение количества электродов, полагают исследователи.
Ученые из США обнаружили новый молекулярный путь, который снижает целостность защитного гематоэнцефалического барьера головного мозга и приводит к нейродегенерации. Открытие дает новое весомое объяснение того, как сосудистая дисфункция способствует развитию деменции и другим нейродегенеративным заболеваниям.
