Gli scienziati capiscono le parole del paziente paralizzato attraverso i segnali cerebrali
Gli scienziati hanno utilizzato un nuovo tipo di microelettrodo non penetrante che si trova sulla parte superiore del cervello senza toccarlo. Questi elettrodi sono noti come microECoG perché sono un adattamento più piccolo dei grandi elettrodi utilizzati nell'elettrocorticografia, o ECoG, sviluppati diversi decenni fa.
"Siamo stati in grado di decodificare le parole pronunciate utilizzando solo segnali dal cervello con un dispositivo che promette di essere utilizzato a lungo termine in pazienti paralizzati che ora non possono parlare", ha detto Bradley Greger, assistente professore di bioingegneria.
Un volontario che aveva già subito una craniotomia - una rimozione parziale temporanea del cranio - nel tentativo di aiutare le sue gravi crisi epilettiche, si è offerto volontario per la ricerca. Gli scienziati hanno posizionato griglie di microelettrodi sopra i centri del linguaggio del suo cervello: sulla corteccia motoria facciale, che controlla i movimenti dei muscoli coinvolti nel parlare, e anche sull'area di Wernicke, che è associata alla comprensione e alla comprensione del linguaggio.
Poiché i microelettrodi in realtà non perforano la materia cerebrale, sono considerati sicuri da posizionare sulle aree del discorso del cervello. Con questi microelettrodi in posizione, gli scienziati sono stati in grado di rilevare e registrare i segnali elettrici del cervello generati dalle poche migliaia di neuroni o cellule nervose.
Dopo che il volontario ha letto ripetutamente ciascuna delle 10 parole che potrebbero essere utili a una persona paralizzata - sì, no, caldo, freddo, fame, sete, ciao, arrivederci, sempre di più - i ricercatori hanno cercato di capire quali segnali cerebrali rappresentavano ciascuno dei 10 parole analizzando i cambiamenti di forza delle diverse frequenze in arrivo con ciascun segnale nervoso.
Quando sono stati confrontati due segnali cerebrali qualsiasi, come quelli generati quando l'uomo ha pronunciato le parole "sì" e "no", gli scienziati sono stati in grado di distinguere ogni parola dal 76% al 90% delle volte.
Quando gli scienziati hanno utilizzato solo i cinque microelettrodi su ciascuna griglia a 16 elettrodi che erano più accurati nella decodifica dei segnali cerebrali dalla corteccia motoria facciale, la loro accuratezza nel distinguere le parole è salita a quasi il 90%.
Tuttavia, quando gli scienziati hanno esaminato tutti e 10 i modelli di segnali cerebrali contemporaneamente, sono stati in grado di etichettare correttamente ogni parola solo dal 28% al 48% delle volte. Questo era meglio del caso (10 percento) ma non ancora considerato abbastanza forte.
"Non significa che il problema sia completamente risolto e che possiamo tornare tutti a casa", dice Greger. "Significa che funziona e ora dobbiamo perfezionarlo in modo che le persone con la sindrome 'bloccato' possano davvero comunicare".
“L'ovvio passo successivo - e questo è ciò che stiamo facendo in questo momento - è farlo con griglie di microelettrodi più grandi. Possiamo ingrandire la griglia, avere più elettrodi e ottenere un'enorme quantità di dati dal cervello, il che probabilmente significa più parole e una migliore precisione ", afferma Greger.
“Questa è una prova di concetto. Abbiamo dimostrato che questi segnali possono dirti ciò che la persona sta dicendo ben al di sopra delle possibilità. Ma dobbiamo essere in grado di scrivere più parole con maggiore precisione prima che sia qualcosa che un paziente potrebbe trovare davvero utile ", aggiunge.
Poiché il metodo necessita di molti più miglioramenti e prevede il posizionamento di elettrodi sul cervello, Greger prevede che passeranno alcuni anni prima che vengano condotti studi clinici su persone paralizzate incapaci di parlare.
C'è speranza, tuttavia, che la continua ricerca in questo settore porterà alla fine a un dispositivo wireless in grado di convertire i pensieri di una persona in parole pronunciate dal computer, afferma Greger. In questo momento, l'unico modo in cui le persone "bloccate" possono comunicare è attraverso il movimento, come battere le palpebre o muovere leggermente una mano o scegliendo faticosamente lettere o parole da un elenco.
I colleghi dell'Università dello Utah che hanno condotto lo studio con Greger includevano gli ingegneri elettrici Spencer Kellis, uno studente di dottorato, e Richard Brown, decano del College of Engineering; e Paul House, assistente professore di neurochirurgia. Un altro coautore è stato Kai Miller, un neuroscienziato dell'Università di Washington a Seattle.
La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health, dalla Defense Advanced Research Projects Agency, dalla University of Utah Research Foundation e dalla National Science Foundation.
IlGiornale di ingegneria neuraleIl numero di settembre pubblicherà lo studio di Greger che mostra la fattibilità di tradurre i segnali cerebrali in parole pronunciate dal computer.
Fonte: University of Utah
