Читающий мысли

Ученые из Сан-Франциско (США) вернули речь женщине, перенесшей инсульт. Правда, ее голосом заговорил цифровой аватар, созданный на базе специального интерактивного комплекса «мозг-компьютер». Аналогичный метод восстановления речи использовали и ученые Стэнфордского университета в Калифорнии. Результаты обнадеживают.

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско вернули речь 47-летней пациентке. В 30 лет Энн перенесла тяжелейший инсульт ствола головного мозга и едва не погибла. Девушка потеряла контроль над всеми мышцами тела и какое-то время не могла даже дышать. На частичное восстановление ушли годы физиотерапии, которую парализованная женщина не оставляет и сейчас. Благодаря упорным тренировкам она может плакать или смеяться. Но восстановить контроль над мышцами, позволяющими говорить, так и не удается. Не может она и печатать, так что общение с близкими происходит по технологии отслеживания движений глаз – таким образом удается «сказать» в среднем 14 слов в минуту.

Нейрохирургам Калифорнийского университета удалось в разы ускорить этот процесс. На поверхность головного мозга пациентки – в область сенсомоторной коры – ученые имплантировали специальный датчик, состоящий из 253 электродов. Он воспринимает сигналы мозга, направленные к мимическим и речевым мышцам, а по специальному кабелю передает их в специализированную компьютерную программу, разработанную с использованием алгоритмов искусственного интеллекта.

В течение нескольких недель женщина тренировала умную систему правильно распознавать сигналы ее головного мозга: повторяла фразы и выражения из разговорного словаря, состоящего из 1024 слов. При этом компьютер учился распознавать не слова, а именно звуки – так называемые фонемы. Их при таком подходе для расшифровки любого слова на английском языке компьютеру необходимо было выучить всего 39.

Контролировать процесс обучения можно было с помощью цифрового аватара, отображаемого на экране компьютера. В результате считывания «мысленных» команд пациентки, именно он открывал и закрывал рот, выпячивал или сжимал губы, поднимал и опускал язык, воссоздавал мимику лица, выражающую грусть, удивление или счастье. Он же заговорил прежним голосом женщины. Для этого разработчики использовали запись ее свадебной клятвы из семейного архива.

Таким образом, ученым из Университета Калифорнии впервые удалось синтезировать речь и мимику на основе сигналов головного мозга. При этом декодировать импульсы удается со скоростью 78 слов в минуту, что в пять с половиной раз превосходит доступные на данный момент технологии.

Подобную технологию использовали и ученые из Стэнфордского университета. Их пациентка Пэт Беннетт страдает неизлечимым заболеванием нервной системы - боковым амиотрофическим склерозом. Это постоянно прогрессирующий паралич мышц, сказывающийся и на речи.

Женщине также имплантировали в головной мозг четыре массива микроэлектродов. При этом иглы, оснащенные специальными датчиками, способными улавливать мозговые импульсы, вживили, а не разместили на поверхности коры. Это главное отличие метода, разработанного нейрохирургами из Стэнфорда. В остальном схема та же. По специальному кабелю датчики передавали сигнал в компьютер, который и распознавал «мысленные слова» пациентки. Исследование длилось в течение четырех месяцев: пациентка также обучала умную систему и подстраивала ее под свои особенности. Сейчас ее результат – 62 слова в минуту, что тоже довольно впечатляюще.

Результаты исследований ученые представили в научном журнале Nature, они стали своего рода сенсацией. Нейрохирурги из Германии, Великобритании и других стран высоко оценили методику, отметив, что первоочередная задача сейчас – заставить компьютер считывать сигналы с датчиков без использования проводов. Индивидуальной подстройки под каждого пациента требует и искусственный интеллект, вживленный в программу. На все это нужно немало времени, так что о массовом использовании системы «мозг-компьютер» пока говорить не приходится.

 Анна Кокорина

В иллюстрации использовано изображение автора Smalllike (CCBY3.0) с сайта https://thenounproject.com/ и фото с сайта https://unsplash.com/