sejournal.io

Вот перефразированный вариант новости на русском языке:

Ученые из Калифорнийского университета в Дейвисе продемонстрировали успешное длительное применение речевого нейроинтерфейса в домашних условиях у пациента с боковым амиотрофическим склерозом (БАС). За 19 месяцев пациент по имени Кейси Харрелл передал с помощью системы 183 060 предложений (1 960 163 слова), работая со средней скоростью 56 слов в минуту.

Как сообщается в журнале Nature Medicine, исследователи сосредоточились не на лабораторных тестах, а на реальном повседневном использовании устройства без присутствия ученых.

Результаты домашнего использования

Харрелл пользовался нейроинтерфейсом дома более 3800 часов. Система позволяла ему общаться с семьей, друзьями, врачами и коллегами, отправлять сообщения и электронные письма, участвовать в видеозвонках, выходить в интернет и продолжать работать полный день, несмотря на паралич.

По оценке самого пациента, 92% предложений были декодированы как минимум «в основном правильно». Во время формальных тестов, когда Харреллу показывали слова на экране, точность превышала 99% при использовании словаря из 125 000 английских слов. Максимальный зафиксированный показатель — 99,2%.

На момент публикации исследования Харрелл использовал систему в течение 444 из 653 дней после операции. После того как его помощникам разрешили самостоятельно подключать и отключать оборудование, среднее время использования в день выросло с 3,7 до 9,5 часа.

Как работает устройство

В 2023 году Харреллу имплантировали четыре массива микроэлектродов в левую прецентральную извилину — область мозга, отвечающую за координацию речи. Система считывает сигналы с 256 кортикальных электродов в тот момент, когда пациент пытается заговорить.

Алгоритм каждые 80 миллисекунд преобразует нейронную активность в вероятности произнесения фонем, после чего языковая модель подбирает наиболее вероятную последовательность слов из словаря примерно на 125 000 слов. Текст отображается на экране в реальном времени. После завершения фразы устройство может озвучить её синтезированным голосом, настроенным на голос Харрелла до болезни.

Для управления компьютером пациент также использовал декодер курсора. Ранее считалось, что для речи и движений нужны разные зоны мозга, но команда доказала, что оба режима можно реализовать через сигналы речевой моторной коры.

От лаборатории к повседневной жизни

Ранее команда уже демонстрировала высокую точность нейроинтерфейса в лаборатории. В 2024 году исследователи сообщили, что за первую 30-минутную тренировку система достигла точности 99,6% при словаре из 50 слов. На второй день, после дополнительной настройки, точность составила 90,2% при словаре в 125 000 слов.

Новое исследование переносит акцент с контролируемых испытаний на длительное использование в быту. По словам авторов, это важный шаг к созданию практичных нейроинтерфейсов для людей с тяжелыми нарушениями движений. Соавтор работы Сергей Стависки отметил, что 3800 часов записи мозговой активности во время использования системы стали, по его данным, крупнейшим индивидуальным набором данных с разрешением на уровне отдельных нейронов.

Авторы подчеркивают, что исследование описывает лишь один клинический случай. Пока неизвестно, насколько результаты применимы к другим пациентам, зонам имплантации, типам электродов и неврологическим состояниям. Система остается экспериментальной: она использует проводные соединения, требует ежедневного подключения обученными помощниками и из-за своих габаритов подходит только для домашнего использования.

Ранее в марте глава Neuralink Илон Маск заявил, что их BCI-устройство способно вернуть речь людям, которые её утратили. Один из пациентов к 80-му дню использования смог запустить World of Warcraft и играть силой мысли.

В апреле стало известно о пользователе нейроинтерфейса Гэлене Баквалтере, который научился создавать музыку силой мысли.

Напомним, что весной СМИ сообщили о планах стартапа экс-президента Neuralink испытать на людях биогибридный чип.

Пользователь интерфейса «мозг-компьютер» (BCI) Гэлен Баквалтер научился сочинять музыку силой мысли. Об этом он сообщил в интервью изданию Wired.

Баквалтер сотрудничает с аспирантом Калифорнийского технологического института Шоном Дарси. Тот разработал алгоритм, преобразующий нейронные сигналы в звуки.

Баквалтер много лет играет в лос-анджелесской панк-рок-группе Siggy. Часть сгенерированных мозгом звуков он уже использовал в треке Wirehead.

> «Еще до имплантации я видел на YouTube ролик про грибы: если к ним подключить электроды, можно услышать их звуки. […] Я подумал: если гриб может «пищать», я хочу узнать, как звучит мой мозг. С первого дня мы обсуждали это с исследователями, и аспирант Шон Дарси создал программу, которая переводит мысли в управление звуком», — рассказал Баквалтер.

Ученые определяют нейроны, которыми пациент может осознанно управлять, и назначают каждому из них определенную ноту. Когда нейрон активируется, высота тона повышается.

Пока Баквалтер может воспроизводить одновременно два тона.

> «В будущем я вижу целый DJ-пульт у себя в голове: можно создавать ритмы и накладывать мелодии», — поделился он планами.

Звук возникает, когда активность нейрона превышает заданный порог. Чтобы его создать, достаточно подумать о движении. Чтобы выключить звук, нужно сосредоточиться сильнее.

Баквалтер страдает квадриплегией (параличом всех четырех конечностей) после неудачного прыжка в воду в 16 лет. В 2024 году он согласился на операцию по установке BCI в рамках исследования Калифорнийского технологического института.

В его мозг вживлены шесть чипов компании Blackrock Neurotech. Они считывают активность нейронов и расшифровывают намерения. Система позволяет управлять компьютером, возвращать чувствительность пальцам, а теперь и создавать музыку.

Другие пользователи BCI также применяют имплантаты для создания цифрового искусства. В 2023 году свои работы на выставке в Вашингтоне представили Натан Коупленд, Джеймс Джонсон и Ян Шойерман.

Напомним, что в марте команда профессора Сюй Гуанхуа создала нейрогарнитуру для управления собакой-роботом силой мысли.

Два человека с параличом смогли печатать на виртуальной клавиатуре с помощью мозгового имплантата, который расшифровывает сигналы, соответствующие попыткам пошевелить пальцами. Согласно исследованию, опубликованному в Nature Neuroscience, один из пациентов печатал на 80% быстрее, чем здоровый человек.

Обычно интерфейсы «мозг-компьютер» (BCI) для людей с параличом используют отслеживание взгляда или распознавание нейронных паттернов речи. Но учёные из Mass General Brigham и Университета Брауна решили, что привычная QWERTY-клавиатура может быть удобнее для многих пользователей.

«Самое важное — иметь набор разных вариантов для каждого пациента, чтобы подобрать технологию под конкретное заболевание и ситуацию», — отметил ведущий автор работы Джастин Джуд.

В эксперименте участники мысленно представляли, как печатают на клавиатуре. Система успешно считывала мозговые сигналы, распознавая до 30 различных действий — по три на каждый палец.

В испытаниях устройства BCI от компании Blackrock Neurotech участвовали два человека:
* Пациент T17 (паралич ниже шеи из-за травмы спинного мозга) достиг скорости 47 символов в минуту с точностью 81%.
* Пациент T18 (с диагнозом БАС) показал результат 110 символов в минуту с точностью 95%.

Стабильные результаты у второго пациента сохранялись неделю, а у первого — два дня.

Джуд пояснил, что разница в производительности может быть связана с количеством и расположением электродов в мозге. У пациента T18 было установлено в три раза больше электродных матриц в двигательной коре, чем у T17.

Различия также могут объясняться тем, что травма спинного мозга и БАС по-разному влияют на мозг, хотя оба состояния приводят к параличу.

Учёный подчеркнул, что расшифровка сигналов движения пальцев — это шаг к восстановлению сложных функций руки, например, хватания предметов. В будущем эта технология может позволить пациентам управлять продвинутыми протезами.

Однако перед широким внедрением технологии предстоит преодолеть серьёзные регуляторные барьеры.

Напомним, что в марте китайские регуляторы впервые одобрили нейроимплант для коммерческого применения в стране.