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Trasformare i pensieri in parole
Le interfacce cervello-computer potrebbero un giorno fornire un'ancora di salvezza ai pazienti rinchiusi, che non sono in grado di parlare o muoversi ma sono consapevoli e svegli. Molti di questi pazienti possono comunicare sbattendo le palpebre, ma trasformare gli ammiccamenti in parole richiede tempo ed è estenuante.
Interfaccia Brian: I microelettrodi mostrati qui sono stati utilizzati per registrare i segnali cerebrali al fine di decodificare dieci parole dai pensieri di un paziente.
Scienziati nello Utah hanno ora dimostrato un modo per determinare quale delle 10 parole distinte una persona sta pensando registrando l'attività elettrica dalla superficie del cervello.
La nuova tecnica prevede algoritmi di addestramento per riconoscere segnali cerebrali specifici raccolti da una serie di elettrodi non penetranti posizionati sopra i centri linguistici del cervello, afferma Spencer Kellis , uno dei bioingegneri che ha svolto il lavoro presso il Università dello Utah , a Salt Lake City. L'approccio utilizzato è noto come elettrocorticografia (ECoG). Il gruppo è stato in grado di identificare le parole sì, no, caldo, freddo, sete, fame, ciao, arrivederci, più e meno con una precisione del 48 percento.
La precisione deve assolutamente essere migliorata, afferma Kellis. Ma abbiamo dimostrato che le informazioni ci sono.
Singole parole sono state decodificate dai segnali cerebrali in passato utilizzando la risonanza magnetica funzionale (fMRI), afferma Eric Leuthardt , direttore del Center for Innovation in Neuroscience and Technology presso la Washington University School of Medicine di St. Louis, Missouri. Questa è la prima volta che l'impresa è stata eseguita utilizzando l'ECoG, un approccio molto più pratico e portatile rispetto alla fMRI, afferma.
Lavorare con i colleghi Bradley Greger e Paul House , Kellis ha posizionato 16 elettrodi sulla superficie del cervello di un paziente in trattamento per l'epilessia. Gli elettrodi hanno registrato segnali dalla corteccia motoria facciale, un'area del cervello che controlla i muscoli facciali durante il linguaggio, e dall'area di Wernicke, parte della corteccia cerebrale collegata al linguaggio. Per addestrare l'algoritmo, sono stati analizzati i segnali mentre al paziente veniva chiesto di pronunciare ripetutamente le 10 parole.
L'ECoG è stato a lungo utilizzato per individuare la fonte delle crisi epilettiche nel cervello. Ma gli elettrodi utilizzati sono in genere di diverse centinaia di micron e sono posizionati a centimetri di distanza, afferma Kellis. Il cervello sta eseguendo l'elaborazione su una scala spaziale molto più fine di quella realmente rilevabile da questi elettrodi clinici standard, dice. Il team dello Utah ha utilizzato un nuovo tipo di array di microelettrodi sviluppato da PMT Neurochirurgico . Gli elettrodi sono molto più piccoli – 40 micron di dimensione – e sono separati da un paio di millimetri.
È possibile utilizzare tecniche meno invasive, come l'elettroencefalografia (EEG), che posiziona gli elettrodi sul cuoio capelluto, per consentire le comunicazioni cervello-computer. Adrian Owen , uno scienziato senior della Cognition and Brain Sciences Unit dell'Università di Cambridge, nel Regno Unito, ha dimostrato che i segnali EEG possono essere utilizzati per consentire alle persone in uno stato vegetativo persistente di comunicare sì e no.
Ma con l'EEG, molti dei segnali vengono filtrati dal cranio, afferma Leuthardt. La cosa veramente bella di ECoG è il suo potenziale per darci molte più informazioni, dice.
La decodifica di 10 parole è molto interessante, afferma Owen, ma la precisione dovrà migliorare notevolmente, dati i pazienti a cui è destinata la tecnologia. Non credo che nemmeno il 60 percento o il 70 percento di accuratezza funzionerà per i pazienti che non possono comunicare in nessun altro modo e dove non c'è altro margine di verifica, dice.
In definitiva, la speranza è che ECoG consentirà una comunicazione molto più sofisticata. L'anno scorso Leuthardt ha dimostrato che l'ECoG potrebbe essere utilizzato per decodificare i suoni di vocali e consonanti, un approccio che potrebbe eventualmente essere utilizzato per ricostruire un numero molto maggiore di parole complete.