211service.com
Gedachten omzetten in woorden
Hersen-computerinterfaces kunnen op een dag een reddingslijn vormen voor opgesloten patiënten, die niet kunnen praten of bewegen, maar wel bewust en wakker zijn. Veel van deze patiënten kunnen communiceren door met hun ogen te knipperen, maar het omzetten van knipperen in woorden is tijdrovend en vermoeiend.
Brian-interface: De hier getoonde micro-elektroden werden gebruikt om hersensignalen op te nemen om tien woorden uit de gedachten van een patiënt te decoderen.
Wetenschappers in Utah hebben nu een manier aangetoond om te bepalen welke van de 10 verschillende woorden een persoon denkt door de elektrische activiteit vanaf het oppervlak van de hersenen vast te leggen.
De nieuwe techniek omvat het trainen van algoritmen om specifieke hersensignalen te herkennen die worden opgepikt door een reeks niet-penetrerende elektroden die over de taalcentra van de hersenen zijn geplaatst, zegt Spencer Kellis , een van de bio-ingenieurs die het werk uitvoerde bij de Universiteit van Utah , in Salt Lake City. De gebruikte benadering staat bekend als elektrocorticografie (ECoG). De groep kon de woorden ja, nee, warm, koud, dorstig, hongerig, hallo, tot ziens, meer en minder identificeren met een nauwkeurigheid van 48 procent.
De nauwkeurigheid moet absoluut worden verbeterd, zegt Kellis. Maar we hebben laten zien dat de informatie er is.
In het verleden zijn individuele woorden gedecodeerd uit hersensignalen met behulp van functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI), zegt: Eric Leuthardt , directeur van het Center for Innovation in Neuroscience and Technology aan de Washington University School of Medicine in St. Louis, Missouri. Dit is de eerste keer dat de prestatie is geleverd met behulp van ECoG, een veel praktischere en draagbare benadering dan fMRI, zegt hij.
Werken met collega's Bradley Greger en Paul Huis , plaatste Kellis 16 elektroden op het oppervlak van de hersenen van een patiënt die werd behandeld voor epilepsie. De elektroden registreerden signalen van de aangezichtsmotorische cortex - een gebied van de hersenen dat de gezichtsspieren aanstuurt tijdens spraak - en over het gebied van Wernicke, een deel van de hersenschors dat verbonden is met taal. Om het algoritme te trainen, werden signalen geanalyseerd terwijl de patiënt werd gevraagd herhaaldelijk de 10 woorden uit te spreken.
ECoG wordt al lang gebruikt om de bron van epileptische aanvallen in de hersenen te lokaliseren. Maar de gebruikte elektroden zijn meestal enkele honderden micron groot en staan centimeters uit elkaar, zegt Kellis. De hersenen verwerken de verwerking op een veel fijnere ruimtelijke schaal dan echt detecteerbaar is met deze standaard klinische elektroden, zegt hij. Het Utah-team gebruikte een nieuw type micro-elektrode-array ontwikkeld door PMT Neurochirurgisch . De elektroden zijn veel kleiner – 40 micron groot – en liggen een paar millimeter uit elkaar.
Het is mogelijk om minder ingrijpende technieken te gebruiken, zoals elektro-encefalografie (EEG), waarbij elektroden op de hoofdhuid worden geplaatst, om communicatie tussen de hersenen en de computer mogelijk te maken. Adrian Owen , een senior wetenschapper in de Cognition and Brain Sciences Unit van de Universiteit van Cambridge, VK, heeft aangetoond dat EEG-signalen kunnen worden gebruikt om mensen in een aanhoudende vegetatieve toestand ja en nee te laten communiceren.
Maar met EEG worden veel van de signalen door de schedel weggefilterd, zegt Leuthardt. Wat echt leuk is aan ECoG, is dat het ons veel meer informatie kan geven, zegt hij.
Het decoderen van 10 woorden is erg cool, zegt Owen, maar de nauwkeurigheid zal drastisch moeten verbeteren, gezien de patiënten waarop de technologie is gericht. Ik denk niet dat zelfs 60 of 70 procent nauwkeurigheid zal werken voor patiënten die niet op een andere manier kunnen communiceren en waar er geen andere marge is voor verificatie, zegt hij.
Uiteindelijk is de hoop dat ECoG veel geavanceerdere communicatie mogelijk zal maken. Vorig jaar toonde Leuthardt aan dat ECoG kan worden gebruikt om klinkers en medeklinkers te decoderen - een benadering die uiteindelijk zou kunnen worden gebruikt om een veel groter aantal volledige woorden te reconstrueren.