Специализированный мозговой имплант позволил 47-летнему Кейси Харреллу с тяжелым параличом самостоятельно общаться и управлять компьютером у себя дома без ежедневной помощи исследователей. Система преобразует сигналы мозга в текст и движения курсора, что дало ему возможность вести переписку, участвовать в видеозвонках и продолжать работу.
Результаты описаны в исследовании, опубликованном в Nature Medicine. По данным ученых, это важный шаг к созданию практических вспомогательных устройств для людей, потерявших способность говорить или двигаться.
Харрелл живет с боковым амиотрофическим склерозом — прогрессирующим неврологическим заболеванием, которое постепенно лишает человека контроля над мышцами. Болезнь вызвала у него выраженную слабость рук и ног, а также сильное нарушение речи.
В 2023 году хирурги имплантировали в поверхность его мозга четыре миниатюрных сенсорных массива, каждый из которых содержит по 64 микроскопических электрода. Всего 256 электродов были размещены в прецентральной извилине — области моторной коры, связанной с координацией речи. Через проводное соединение, выведенное через череп, система передавала данные на расположенный рядом вычислительный комплекс.
Программное обеспечение в реальном времени анализировало нейронные сигналы, когда Харрелл пытался беззвучно произносить слова, и преобразовывало их в фонемы и полные предложения на экране. Для управления компьютером система переводила мысли о движении руки в перемещения курсора, а мысленное сжатие руки — в цифровой щелчок мыши. Дополнительно использовалось коммерческое устройство отслеживания взгляда, которое позволяло выбирать экранные кнопки фиксацией взгляда на долю секунды.
Разработчики изменили интерфейс так, чтобы он мог работать в домашних условиях без постоянного участия специалистов. Программа автоматически обновлялась в фоновом режиме, компенсируя изменения нейронных сигналов, из-за которых предыдущие экспериментальные системы требовали частой ручной перенастройки.
После начального этапа тестирования Харреллу и его семье разрешили пользоваться системой самостоятельно. Ухаживающих за ним людей обучили подключать провода и запускать программное обеспечение; ежедневная подготовка занимала около 20 минут. После запуска Харрелл мог непрерывно пользоваться системой до 19 часов без помощи научной команды.
За почти два года он использовал интерфейс более 3800 часов, практически ежедневно. За это время с его помощью было сформировано более 183 тысяч предложений и почти 2 миллиона слов. В контролируемых испытаниях он оценил 92% предложений как точные или в основном правильные. Средняя скорость речи достигла 56 слов в минуту и заметно росла по мере привыкания к системе.
По данным исследователей, словарь системы включает 125 тысяч слов. Ранее аналогичная нейропротезная система показывала точность распознавания слов на уровне 97%, но могла работать только в присутствии исследовательской группы. В новой версии точность выросла до 99%, а сама система, как отмечают разработчики, стабильно работает почти два года.
С помощью интерфейса Харрелл не только общался, но и полностью управлял личным компьютером: пользовался интернетом, отправлял электронные письма и текстовые сообщения, участвовал в видеозвонках и поддерживал общение с семьей, друзьями и коллегами. В систему также включили дополнительную функцию синтеза речи, обученную на его голосе до постановки диагноза.
Исследователи отмечают, что длительное домашнее использование дало им уникальный массив данных о работе мозга во время речи. По их оценке, 3800 часов записи мозговой активности с разрешением на уровне отдельных нейронов — крупнейший подобный индивидуальный набор данных, который может помочь в разработке новых методов терапии и лучшем понимании нейронных механизмов языка.
При этом авторы подчеркивают ограничения работы. Исследование охватило только одного участника, поэтому результаты нельзя автоматически переносить на других людей с иными неврологическими состояниями. Кроме того, система зависит от проводов, проходящих через кожу, что связано с небольшим риском инфекции и требует ежедневного ухода. Вычислительное оборудование остается громоздким, размещено на большой мобильной стойке и пока ограничивает использование системы домашними условиями.
