Дешифратор сознания: нейроимплант вернул парализованной женщине дар речи

Ученые создали уникальную систему , позволяющую парализованным людям общаться практически в реальном времени. Тончайший электронный диск, размещенный на поверхности мозга, улавливает нейронные сигналы, а искусственный интеллект преобразует их в слова и звуки. Особенность разработки в том, что она использует записи голоса пациента, сделанные до утраты способности говорить.

Устройство, получившее название "потоковый речевой нейропротез", сокращает задержку между намерением высказаться и озвучиванием фразы до одной секунды. Прежние технологии тратили до 20 секунд на преобразование, что серьезно нарушало естественный ритм общения и вызывало у пациентов чувство изоляции.

Стоит сказать, что в 2023 году та же исследовательская группа представила имплант, превращающий активность мозга не только в слова, но и в движения цифрового аватара, имитирующего мимику человека. Механизм располагали на поверхности коры, что снижало риск повреждений по сравнению с хирургически вживляемыми элементами. Только вот работал он со скоростью около 78 слов в минуту — примерно вдвое медленнее обычного разговора.

Главной участницей нового исследования стала женщина средних лет по имени Энн, перенесшая инсульт. Болезнь нарушила связь между корой головного мозга и мышцами — связками, губами, языком и мускулатурой, управляющей воздушным потоком при формировании звуков. До появления нового импланта она пользовалась интерфейсом, который позволял движениями головы или глаз управлять виртуальной клавиатурой.

Разработанная технология включает тончайший электродный массив над участками коры, ответственными за артикуляцию. Датчики фиксируют не содержание мыслей, а команды для мышц, участвующих в произношении. Через небольшой порт в черепе пациентки информация поступает на компьютеры для обработки.

В основе изобретения — трехкомпонентный механизм глубокого обучения, копирующий работу нейронных сетей. Первая часть расшифровывает электрические импульсы в реальном времени, вторая формирует написанный текст, а третья создает звуковой поток по буквам. При обучении искусственного интеллекта Энн мысленно проговаривала короткие фразы. Даже при полном параличе её нервная система генерировала такие же сигналы, как при обычном разговоре — это явление назвали "беззвучной артикуляцией".

После того как пациентка мысленно повторила различные фразы более 23 000 раз, оборудование достигло скорости около 47 слов в минуту. В отдельных тестах показатель приближался к 90.

Правда, точность работы зависит от сложности высказываний. В продолжительных беседах каждое второе слово распознается неточно. Алгоритм также изучил записи электрической активности во время разговора и тишины, что позволило воспроизводить естественные паузы в диалоге.

Программа универсальна и успешно работает с данными от разных типов сенсоров. Энн - не единственная испытуемая. Эксперименты также проводились с парализованным пациентом, которому вживили электроды в кору, и здоровым добровольцем с датчиками над гортанью. Результатами ученые остались довольны: техника распознает желание заговорить намного точнее случайного угадывания.

В будущем разработчики планируют увеличить чувствительность прибора, добавив электроды. На следующем этапе они хотят обогатить синтезированный голос эмоциональной окраской, научив программу передавать интонации, тембр и громкость. Несмотря на текущие ограничения, Энн довольна результатом — возможность мгновенно слышать себя усиливает ощущение контроля над телом.