27 października 2023

Interfejs mózg-komputer. Realna nadzieja dla pacjentów, czy futurystyczna mrzonka?

Technologie integrujące ludzki mózg z komputerami mają pomóc osobom sparaliżowanym oraz pacjentom z zaburzeniami neurologicznymi komunikować się z otoczeniem. Jednak niektóre firmy, np. Neuralink Elona Muska, wprost przyznają, że chcą zintegrować człowieka z maszynami i sztuczną inteligencją.

tekst Artur Olesch

Mówienie bez pomocy ciała

We wrześniu 2023 r. świat obiegła sensacyjna wiadomość: 20 lat po udarze sparaliżowana kobieta odzyskała – dzięki interfejsowi mózg-komputer oraz sztucznej inteligencji – dar mowy. Nie chodzi jednak o wyleczenie pacjentki z paraliżu, ale o przechwycenie sygnałów mózgowych, ich interpretację oraz komunikowanie się za pomocą cyfrowego awatara. W dodatku z wiernym odtworzeniem głosu pacjentki i jej mimiki twarzy. Autorami nowej technologii są naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco. Wyniki swoich prac opublikowali w prestiżowym czasopiśmie „Nature”.

 

W wieku 29 lat Ann doznała udaru pnia mózgu. Od tego czasu nie mówi i porusza się na wózku inwalidzkim. Współczesna medycyna nie zapewnia jej odzyskania naturalnego głosu, ale szansą na poprawę jakości życia okazały się nowe osiągnięcia inżynierii biomedycznej.

 

Pacjentka zgodziła się na udział w badaniu polegającym na wszczepieniu do kory mózgowej elastycznej, cienkiej matrycy o wielkości karty kredytowej, złożonej z zestawu 253 elektrod. Dokładnie w miejscu, gdzie mózg generuje sygnały elektryczne przekazywane do narządów odpowiedzialnych za mowę: szczęki, mięśni twarzy i krtani, języka. Dzięki portowi umieszczonemu na głowie sygnały z matrycy transmitowane są do systemu komputerowego.

 

Jednak, aby je zinterpretować, trzeba było wyszkolić algorytmy sztucznej inteligencji. W tym celu Ann powtarzała wyrazy z 1024-wyrazowego słownika do momentu, gdy system sztucznej inteligencji sparował sygnały elektryczne ze słowami, a dokładnie z fenomenami, czyli podjednostkami mowy, które tworzą wypowiadane wyrazy. Takie rozwiązanie pozwoliło przyspieszyć interpretację mowy i w efekcie system mógł rozpoznać 80 słów na minutę. Szybkość jest w tym przypadku kluczowa, bo pozwala osiągnąć płynność mowy jak u zdrowej osoby.

 

Aby Ann mogła mówić własnym głosem, naukowcy stworzyli algorytm syntezy mowy, korzystając z nagrania zarejestrowanego przed paraliżem. Na to nałożono animację awatara, który nie tylko mówi, ale także porusza mięśniami twarzy i ustami odpowiednio do wypowiadanych słów. Gdy Ann wypowiadała słowa w myślach, awatar stawał się jej tłumaczem. Efekt zaskoczył wszystkich, a możliwość komunikowania się z otoczeniem była dla pacjentki ogromnym emocjonalnym przeżyciem.

 

Choć technologia znajduje się na razie w fazie badań klinicznych, naukowcy mają nadzieję, że w przyszłości pomoże sparaliżowanym pacjentom. Wyzwaniem jest opracowanie bezprzewodowej metody przesyłania sygnałów z mózgu do systemu IT, aby rozwiązanie było wygodne dla pacjentów.

 

Czy wkrótce maszyny będą czytały w myślach?

Prace nad interfejsem mózg-komputer (BCI – brain-computer interface) trwają już od dawna, a pierwsze operacje implantowania elektrod do mózgu przeprowadzono w latach 90. XX w. Korzenie koncepcji BCI sięgają lat 40. i 50., ale dopiero rozwój systemów sztucznej inteligencji pozwolił znacznie przyspieszyć prace. Zmarły w 2018 r. Stephen Hawking, u którego zdiagnozowano chorobę neuronu ruchowego, także porozumiewał się za pomocą komputera – maszyna przetwarzała ruchy policzków na głos, a nie bezpośrednie sygnały z mózgu.

 

W przypadku Ann mówimy o przełomie, nie ze względu na samą technologię, ale szybkość tłumaczenia sygnałów na mowę i stworzenie awatara. W dotychczas stosowanych rozwiązaniach osiągano wydajność około 1 litery na 20 sek., co bardzo ograniczało możliwości komunikacyjne.

 

Jednak naukowcy studzą entuzjazm, bo mimo postępów do pokonania jest cała lista barier. Ale innego zdania jest Elon Musk, założyciel Tesli. Należący do niego Neuralink rozpoczął we wrześniu 2023 pierwsze badania kliniczne interfejsu mózg-komputer na osobach z porażeniem czterokończynowym, spowodowanym urazem rdzenia kręgowego w odcinku szyjnym lub stwardnieniem zanikowym bocznym (ALS).

 

Choć Musk deklaruje, że w pierwszej kolejności chce pomóc osobom sparaliżowanym, jego wizja sięga znacznie dalej. W przyszłości każdy człowiek mógłby komunikować się z komputerem i sztuczną inteligencją bez klawiatury, znacznie poszerzając swoje zdolności kognitywne. W tym celu Neuralink opracował specjalnego robota chirurgicznego, który wszczepiałby BCI do mózgu. Planowane badanie kliniczne pozwoli ocenić bezpieczeństwo implantu (N1) i robota chirurgicznego (R1) oraz jego skuteczność w przypadku sterowania urządzeniami zewnętrznymi za pomocą myśli przez osoby sparaliżowane.

 

Stosowanie wszczepialnych implantów ograniczają jednak powikłania operacyjne. Dlatego naukowcy pracują też nad bezprzewodowymi alternatywami. Zamiast implantów wykorzystywane jest m.in. EEG, fMRI (funkcjonalny rezonans magnetyczny) i fNIRS (funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni). Pierwsze eksperymenty wskazują, że mierząc w ten sposób aktywność mózgu i odczytując ją za pomocą algorytmów AI, można nawet odczytywać myśli. Rozwiązanie ma jednak wadę, której szybko nie da się pokonać – konieczność zastosowania dużych urządzeń do badań obrazowych mózgu.

 

Sztuczna inteligencja poszerzy możliwości kognitywne

Od roku naukowcy mają nowego pomocnika: generatywną sztuczną inteligencję. Ten rodzaj AI tworzy teksty, muzykę oraz obrazy za pomocą prostych opisów (tzw. promptów). Za wcześnie mówić o konkretnych rozwiązaniach, ale w przyszłości osoby sparaliżowane będą mogły wykonywać wiele prac, np. malować obrazy, a nawet pisać książki.

 

Na razie prace skupiają się na najprostszych rozwiązaniach, takich jak opisane mówienie za pomocą myśli oraz kontrolowanie inteligentnych protez i egzoszkieletów albo robotów pomagających pacjentom odzyskać samodzielność (tzw. neuroprotetyka). Z kolei rozwiązania oparte na neurofeedbacku dają nadzieję na leczenie depresji, ADHD, epilepsji oraz na indywidualizację rehabilitacji pacjentów po udarze mózgu.

 

Nad interfejsami mózg-komputer pracuje wiele komercyjnych firm, m.in. wspomniany Neuralink czy CTRL-Labs – firma-córka Meta, czyli byłego Facebooka. Tego typu technologie nie tylko pomogą pacjentom, ale też znajdą zastosowanie w przemyśle rozrywkowym, m.in. w grach opartych na wirtualnej rzeczywistości oraz metaverse.

 

Jedno pytanie pozostaje na razie bez odpowiedzi: czy firmom komercyjnym, inwestującym miliardy dolarów w badania nad technologią BCI, nie zależy bardziej na stworzeniu nowego rodzaju człowieka zintegrowanego z komputerem?

 

Zanim się to stanie, BCI niesie osobom sparaliżowanym ogromne nadzieje na odzyskanie umiejętności naturalnej komunikacji i niezależności.

Forum dyskusyjne - napisz komentarz

Musisz się zalogować, aby móc dodać komentarz.

Archiwum

Okręgowa Izba Lekarska w Warszawie im. prof. Jana Nielubowicza