Un sintetizzatore vocale diretto al cervello

Una persona paralizzata e incapace di parlare, come il fisico Stephen Hawking, potrebbe usare un impianto cerebrale per portare avanti una conversazione?

Registratore mentale: Un foglio di elettrodi rileva l'attività elettrica dalla superficie del cervello.

Questo è l'obiettivo di uno sforzo di ricerca in espansione presso le università statunitensi, che negli ultimi cinque anni ha dimostrato che i dispositivi di registrazione posizionati sotto il cranio possono catturare l'attività cerebrale associata al parlare.

Sebbene i risultati siano preliminari, Edward Chang, neurochirurgo dell'Università della California, San Francisco, afferma che sta lavorando alla costruzione di un'interfaccia cervello-macchina wireless che possa tradurre i segnali cerebrali direttamente in un discorso udibile utilizzando un sintetizzatore vocale.

Lo sforzo di creare una protesi vocale si basa sul successo degli esperimenti in cui volontari paralizzati hanno utilizzato impianti cerebrali per manipolare arti robotici usando i loro pensieri (vedi The Thought Experiment). Questa tecnologia funziona perché gli scienziati sono in grado di interpretare approssimativamente l'attivazione dei neuroni all'interno della corteccia motoria del cervello e mapparla ai movimenti delle braccia o delle gambe.

Il team di Chang ora sta cercando di fare lo stesso per il discorso. È un compito più complicato, in parte perché il linguaggio complesso è unico per gli esseri umani e la tecnologia non può essere facilmente testata sugli animali.

All'UCSF, Chang ha condotto esperimenti sul linguaggio in relazione agli interventi chirurgici al cervello che esegue su pazienti con epilessia. Un foglio di elettrodi posizionato sotto il cranio dei pazienti registra l'attività elettrica dalla superficie del cervello. I pazienti indossano il dispositivo, noto come array per elettrocorticografia, per diversi giorni in modo che i medici possano individuare la fonte esatta delle crisi.

Chang ha approfittato dell'opportunità di studiare l'attività cerebrale mentre questi pazienti parlano o ascoltano il discorso. In un carta in Natura l'anno scorso, lui e i suoi colleghi hanno descritto come hanno usato la serie di elettrodi per mappare i modelli di attività elettrica in un'area del cervello chiamata corteccia motoria sensoriale ventrale mentre i soggetti pronunciavano suoni come bah, dee e goo.

Ci sono diverse regioni del cervello coinvolte nella vocalizzazione, ma crediamo che [questa] sia importante per il controllo volontario e appreso della parola, dice Chang.

L'idea è di registrare l'attività elettrica nella corteccia motoria che provoca i movimenti delle labbra, della lingua e delle corde vocali legati al linguaggio. Analizzando matematicamente questi schemi, dice Chang, il suo team ha dimostrato che è possibile rilevare molte caratteristiche fonetiche chiave.

Una delle conseguenze più terrificanti di malattie come la SLA è che quando la paralisi si diffonde, le persone perdono non solo la capacità di muoversi, ma anche la facoltà di parlare. Alcuni pazienti affetti da SLA utilizzano dispositivi che utilizzano il movimento residuo per comunicare. Nel caso di Hawking, usa un software che gli permette di scrivere le parole molto lentamente contraendo la guancia . Altri pazienti usano gli eye tracker per azionare il mouse del computer.

L'idea di utilizzare un'interfaccia cervello-macchina per ottenere un discorso quasi conversazionale è stata proposta in precedenza, in particolare da Segnali neurali , un'azienda che dagli anni '80 sta testando una tecnologia che utilizza un singolo elettrodo per registrare direttamente dall'interno del cervello delle persone con sindrome di blocco. Nel 2009, la società ha descritto gli sforzi per decodificare il discorso da a Uomo paralizzato di 25 anni che non è in grado di muoversi o parlare affatto (vedi A Prosthesis for Speech ).

Altro studia , pubblicato quest'anno da Marc slutzky alla Northwestern University, tentò di decodificare i segnali dalla corteccia motoria mentre i pazienti leggevano ad alta voce parole contenenti tutti i 39 fonemi inglesi (suoni di consonanti e vocali che compongono il discorso). Il team ha identificato i fonemi con una precisione media del 36%. Lo studio ha utilizzato gli stessi tipi di elettrodi di superficie utilizzati da Chang.

Slutzky afferma che, sebbene tale precisione possa sembrare bassa, è stata ottenuta con un campione relativamente piccolo di parole pronunciate in un lasso di tempo limitato. Ci aspettiamo di ottenere una decodifica molto migliore in futuro, afferma. Il software di riconoscimento vocale potrebbe anche aiutare a indovinare quali parole le persone stanno cercando di dire, dicono gli scienziati.

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