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Una protesi per la parola
Per più di otto anni, Erik Ramsey è stato intrappolato nel suo stesso corpo. A 16 anni, Ramsey ha subito una lesione al tronco cerebrale dopo un incidente d'auto, che lo ha lasciato con una condizione nota come sindrome di blocco. A differenza di altre forme di paralisi, i pazienti bloccati possono ancora provare sensazioni, ma non possono muoversi da soli e non sono in grado di controllare i complessi muscoli vocali necessari per parlare. Nel caso di Ramsey, i suoi occhi sono il suo unico mezzo di comunicazione: verso il cielo per il sì, verso il basso per il no.
Parlando: Gli scienziati della Boston University stanno progettando una protesi del linguaggio che un giorno potrebbe tradurre il pensiero in parola per le persone con determinati disturbi del linguaggio. Il team ha scansionato il cervello di un paziente paralizzato e ha scoperto che, all'interno della regione motoria del cervello coinvolta nel discorso (tra le linee rossa e gialla), alcune aree si illuminano (arancione) in base a vari suoni che il paziente emette mentalmente.
Ora i ricercatori della Boston University stanno sviluppando un software per la lettura del cervello che in sostanza traduce i pensieri in parole. Combinata con un sintetizzatore vocale, tale tecnologia di interfacciamento cervello-macchina ha permesso a Ramsey di vocalizzare le vocali in tempo reale, un enorme passo avanti verso il recupero del linguaggio completo per Ramsey e altri pazienti con disturbi del linguaggio paralizzanti. I ricercatori presentano il loro lavoro all'annuale Acoustical Society of America incontro a Parigi questa settimana.
La domanda è: possiamo ottenere abbastanza informazioni da produrre un discorso intelligibile? chiede Philip Kennedy di Segnali neurali , uno sviluppatore di interfacce cervello-computer con sede ad Atlanta. Penso che a questo punto ci sia una possibilità giusta.
Kennedy e Frank Günther , professore associato presso il Dipartimento di sistemi cognitivi e neurali dell'Università di Boston, hanno decodificato l'attività all'interno del cervello di Ramsey negli ultimi tre anni tramite un elettrodo permanente impiantato sotto la superficie del suo cervello, in una regione che controlla il movimento della bocca, delle labbra, e mascella. Durante una sessione tipica, il team chiede a Ramsey di pronunciare mentalmente un suono particolare, come ooh o ah. Mentre ripete il suono nella sua testa, l'elettrodo rileva i segnali nervosi locali, che vengono inviati in modalità wireless a un computer. Il software analizza quindi quei segnali per i modelli comuni che molto probabilmente denotano quel particolare suono.
Il software è progettato per tradurre l'attività neurale nelle cosiddette frequenze formanti, le frequenze di risonanza del tratto vocale. Ad esempio, se la tua bocca è spalancata e la tua lingua viene premuta alla base della bocca, viene creata una certa frequenza sonora mentre l'aria scorre, in base alla posizione della muscolatura vocale. Il diverso posizionamento muscolare crea una frequenza diversa. Guenther ha addestrato il computer a riconoscere schemi di segnali neurali collegati a movimenti specifici della bocca, della mascella e delle labbra. Ha quindi tradotto questi segnali nelle frequenze sonore correlate e ha programmato un sintetizzatore di suoni per proiettare queste frequenze indietro attraverso un altoparlante in forma audio.
Finora, Guenther e Kennedy hanno programmato il sintetizzatore per riprodurre suoni entro 50 millisecondi, cioè quasi istantaneamente, da quando Ramsey li ha espressi per la prima volta nella sua testa. Questa funzione di riproduzione audio ha permesso a Ramsey di esercitare mentalmente le vocali, prima ascoltando la sua espressione iniziale, poi regolando la sua rappresentazione del suono mentale per migliorare la riproduzione successiva. Jonathan Brumberg, uno studente di dottorato nel laboratorio di Guenther, afferma che mentre ogni prova è stata lenta, richiede un grande sforzo da parte di Ramsey, i risultati sono stati promettenti. A questo punto, può suonare abbastanza bene questi suoni vocalici, dice Brumberg. Ora siamo abbastanza fiduciosi che lo stesso possa essere ottenuto con le consonanti.
Tuttavia, poiché ci sono quattro volte più consonanti delle vocali, potrebbero volerci anni prima che il team decodifica tutti i suoni, per non parlare di metterli insieme per riconoscere e produrre un discorso fluente. Brumberg afferma che il team potrebbe aver bisogno di impiantare più elettrodi, in aree dedicate esclusivamente alla lingua, alle labbra o alla bocca, per ottenere un'immagine accurata di suoni più complessi come le consonanti.
L'elettrodo sta catturando solo circa 56 segnali neurali distinti, afferma Brumberg. Ma devi pensare: ci sono miliardi di cellule nel cervello con trilioni di connessioni e stiamo campionando solo una piccolissima parte di ciò che c'è.
Il team non ha piani immediati per impiantare a Ramsey elettrodi aggiuntivi. Tuttavia, Guenther sta anche esplorando metodi non invasivi per studiare la produzione del linguaggio in volontari normali. Lui e Brumberg stanno scansionando il cervello di parlanti normali usando la risonanza magnetica funzionale (fMRI). Mentre i volontari svolgono vari compiti, come nominare immagini e ripetere mentalmente vari suoni e parole, le aree cerebrali attive si illuminano in risposta.
Guenther e Brumberg hanno in programma di analizzare queste scansioni alla ricerca di schemi comuni, concentrandosi su regioni specifiche relative a determinati suoni, con l'obiettivo di impiantare un giorno elettrodi aggiuntivi in queste regioni. I ricercatori affermano che la decodifica dei segnali all'interno di queste aree può aiutare a tradurre il discorso per le persone con disturbi come la sindrome di blocco e altre forme di paralisi.
Per i pazienti con determinati tipi di disturbi del linguaggio originari del sistema nervoso periferico, questo approccio è molto promettente, afferma Vincent gracco , direttore del Center for Research on Language, Mind and Brain della McGill University. Esiste il potenziale per fornire un mezzo utile di comunicazione per i pazienti senza linguaggio funzionante, in modi che non sono stati esplorati.