Nieuwe hersenimplantaten ‘lezen’ woorden rechtstreeks uit de gedachten van mensen

SAN DIEGO — Wetenschappers hebben manieren bedacht om woorden rechtstreeks uit de hersenen te ‘lezen’. Hersenimplantaten kunnen interne spraak vertalen in externe signalen, waardoor communicatie mogelijk wordt van mensen met verlamming of andere ziekten die hun vermogen om te praten of typen te stelen.

Nieuwe resultaten van twee onderzoeken, gepresenteerd op 13 november tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de Society for Neuroscience, “leveren aanvullend bewijs van het buitengewone potentieel” dat hersenimplantaten hebben voor het herstellen van verloren communicatie, zegt neurowetenschapper en neurokritische zorgarts Leigh Hochberg.

Sommige mensen die hulp nodig hebben bij het communiceren, kunnen momenteel apparaten gebruiken die kleine bewegingen vereisen, zoals veranderingen in de blikrichting. Die taken zijn niet voor iedereen mogelijk. Dus de nieuwe studies waren gericht op interne spraak, waarvoor een persoon niets anders hoeft te doen dan denken.

“Ons apparaat voorspelt interne spraak direct, waardoor de patiënt zich kan concentreren op het zeggen van een woord in zijn hoofd en het kan omzetten in tekst”, zegt Sarah Wandelt, een neurowetenschapper bij Caltech. Interne spraak “zou veel eenvoudiger en intuïtiever kunnen zijn dan van de patiënt te eisen dat hij woorden spelt of uitspreekt.”

Neurale signalen geassocieerd met woorden worden gedetecteerd door elektroden die in de hersenen zijn geïmplanteerd. De signalen kunnen vervolgens worden vertaald in tekst, die hoorbaar kan worden gemaakt door computerprogramma’s die spraak genereren.

Die benadering is “echt opwindend en versterkt de kracht van het samenbrengen van fundamentele neurowetenschappen, neuro-engineering en machine learning-benaderingen voor het herstel van communicatie en mobiliteit”, zegt Hochberg van het Massachusetts General Hospital en de Harvard Medical School in Boston, en de Brown University in Providence. , RI

Wandelt en collega’s konden nauwkeurig voorspellen welke van de acht woorden een persoon die onder de nek verlamd was, dacht. De man was tweetalig, en de onderzoekers konden zowel Engelse als Spaanse woorden detecteren.

Elektroden pikten zenuwcelsignalen op in zijn achterste pariëtale cortex, een hersengebied dat betrokken is bij spraak en handbewegingen. Een hersenimplantaat daar zou uiteindelijk kunnen worden gebruikt om apparaten te besturen die ook taken kunnen uitvoeren die gewoonlijk met een hand worden gedaan, zegt Wandelt.

Een andere benadering, geleid door neurowetenschapper Sean Metzger van de Universiteit van Californië, San Francisco en zijn collega’s, was gebaseerd op spelling. De deelnemer was een man genaamd Pancho die meer dan 15 jaar niet had kunnen praten na een auto-ongeluk en een beroerte. In de nieuwe studie gebruikte Pancho geen letters; in plaats daarvan probeerde hij in stilte codewoorden te zeggen, zoals “alpha” voor A en “echo” voor E.

Door deze codeletters tot woorden te rijgen, produceerde de man zinnen als “Dat wil ik niet” en “Je maakt een grapje.” Elke spellingsessie eindigde wanneer de man probeerde in zijn hand te knijpen, waardoor een bewegingsgerelateerd neuraal signaal werd gecreëerd dat het decoderen zou stoppen. Deze resultaten die op de neurowetenschappelijke bijeenkomst werden gepresenteerd, waren dat ook gepubliceerd 8 november binnen Natuurcommunicatie.

Met dit systeem kon Pancho ongeveer zeven woorden per minuut produceren. Dat is sneller dan de ongeveer vijf woorden per minuut die zijn huidige communicatieapparaat kan maken, maar veel langzamer dan normale spraak, doorgaans zo’n 150 woorden per minuut. “Dat is de snelheid die we ooit graag zouden halen”, zegt Metzger.

Om bruikbaar te zijn, zullen de huidige technieken sneller en nauwkeuriger moeten worden. Het is ook onduidelijk of de technologie voor andere mensen zal werken, misschien met meer ernstige spraakstoornissen. “Dit zijn nog vroege dagen voor de technologieën”, zegt Hochberg.

Vooruitgang is alleen mogelijk met de hulp van mensen die zich vrijwillig inzetten voor de studies. “Het veld zal blijven profiteren van de ongelooflijke mensen die zich inschrijven voor klinische onderzoeken”, zegt Hochberg, “aangezien hun deelname absoluut essentieel is voor de succesvolle vertaling van deze vroege bevindingen naar klinische bruikbaarheid.”