UC Davis Health набирает людей для клинических испытаний с целью создания «неврологического протеза» для восстановления речи у людей, которые потеряли или теряют способность говорить. Исследование направлено на людей с неврологическими травмами или прогрессирующими неврологическими заболеваниями, такими как повреждение спинного мозга, инсульт и боковой амиотрофический склероз (БАС).
В этом исследовании Калифорнийский университет в Дэвисе присоединяется к BrainGate , амбициозному консорциуму университетов и академических медицинских центров , изучающих, как интерфейсы мозг-компьютер могут быть использованы для восстановления неврологических функций у людей, живущих с параличом. Эту технологию также иногда называют интерфейсами мозг-машина или нейропротезами.
Цель BrainGate — использовать эту технологию для «превращения мыслей в действия» для людей, живущих с параличом. Некоторые из исследований консорциума превратили «нейронный» почерк в вывод текста на компьютер и помогли участникам с параличом управлять роботизированной рукой и кистью.
Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе сосредоточились на состоянии, известном как анартрия, когда люди хотят говорить, но не могут контролировать свои голосовые связки или рот таким образом, чтобы произносить слышимую речь.
«Потеря способности говорить разрушительна. Существующие вспомогательные коммуникационные технологии, доступные для людей, живущих с параличом, такие как айтрекеры и устройства для вдоха и выдоха, медленны, громоздки и требуют значительных усилий как от пользователя, так и от лица, осуществляющего уход». сказал Дэвид Брандман, MD, Ph.D.
Брандман — доцент кафедры неврологической хирургии и ответственный за исследование исследователь. Он также является содиректором лаборатории нейропротезирования Калифорнийского университета в Дэвисе и будет руководить операциями в рамках исследования. «Я надеюсь, что технология интерфейса мозг -компьютер однажды восстановит функциональную независимость людей, живущих с параличом».
Области мозга, отвечающие за речь, не повреждены, но последний выходной шаг потерян.
При некоторых заболеваниях и травмах участки мозга, отвечающие за речь и желание говорить, не повреждены, но сигналы не могут пройти к нервам и мышцам, которым необходимо получать командные импульсы для производства звука.
С помощью этого нового исследования исследователи надеются «прочитать» сигналы мозга, предназначенные для движения мышц, участвующих в разговоре, — языка, челюсти, губ, гортани и диафрагмы — и перевести намерение человека говорить в понятную речь, воспроизводимую компьютером. .
Исследователи объясняют, что технология не может читать мысли или обнаруживать внутренний монолог и мысли. Исследовательская технология разрабатывается только для передачи сигналов, генерируемых в мозгу, как часть интенциональной речи.
«Вживляя электроды, которые могут записывать отдельные клетки мозга, участвующие в генерации речи, мы надеемся, что сможем позволить участникам общаться, просто пытаясь говорить», — сказал Сергей Ставиский, кандидат наук.
Стависки, нейробиолог и нейроинженер, доцент кафедры неврологической хирургии. Он является научным руководителем исследования и содиректором с Брандманом лаборатории нейропротезирования Калифорнийского университета в Дэвисе.
«Есть много открытых вопросов. Мы надеемся узнать, что делают клетки мозга , когда человек пытается говорить. Например, какую информацию содержит эта активность мозга? Как это связано с движениями или звуками, которые человек пытается воспроизвести. «Мы рассчитываем, что с помощью этого исследования мы сможем ответить на эти и многие другие вопросы», — сказал Стависки.
Имплантаты не новы, но технологии развиваются
Имплантаты использовались в головном мозге для облегчения симптомов заболеваний на протяжении десятилетий. Сотни тысяч людей по всему миру были имплантированы устройства для глубокой стимуляции мозга. Эта технология регулярно применяется для помощи людям с болезнью Паркинсона, тремором и эпилепсией. При глубокой стимуляции мозга имплантаты, генерирующие электрические импульсы, используются для лечения симптомов неврологических заболеваний.
Отличие клинических испытаний BrainGate2 заключается в том, что имплантаты не стимулируют нервные клетки . Вместо этого они там, чтобы «слушать» их.
Участникам, принятым в исследование, будут имплантированы крошечные специализированные устройства, известные как Utah Arrays, в область их мозга, которая генерирует речь. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США предоставило разрешение на тестирование устройств в рамках клинических испытаний.
Массивы получают импульсы от нервных клеток — нейронные записи — которые передаются на два небольших металлических пьедестала на макушке головы. Пьедесталы имеют диаметр около полусантиметра. Оттуда сигналы могут быть подключены к компьютеру.
Чтобы преобразовать сигналы от нервных клеток в предполагаемую речь, исследователи будут полагаться на передовые методы машинного обучения для создания сложных компьютерных алгоритмов. Они ожидают, что эти алгоритмы смогут точно декодировать нейронные паттерны в речь. Затем декодированная компьютером речь может быть объединена с устройствами, генерирующими текст или синтетическую речь.
Стависки отмечает, что исследовательские группы тестируют и совершенствуют эти передовые медицинские устройства, которые потенциально могут применить последние достижения в области вычислительной техники и нейробиологии, чтобы найти новые способы лечения паралича.
«Это захватывающее время. Нам еще предстоит многому научиться, и нет никаких гарантий, что это сработает. Основываясь на том, как развивается эта область, и на силе нашей междисциплинарной исследовательской группы, я надеюсь, что мы сможем быстро добиться существенного прогресса. на восстановление способности людей, которые потеряли способность говорить, вести натуралистичные разговоры в реальном времени», — сказал Стависки.
Ли Хохберг, директор консорциума и клинических испытаний BrainGate, сказал: «Я очень рад приветствовать доктора Брандмана, доктора Стависки и замечательное нейроинженерное сообщество Калифорнийского университета в Дэвисе на клинических испытаниях BrainGate. Их научные и клинические идеи, несомненно, будут полезны. привести к прорывам в восстановлении связи». Хохберг — нейрореаниматолог Массачусетской больницы общего профиля, преподаватель Университета Брауна и Гарвардской медицинской школы, а также директор Центра нейрореставрации и нейротехнологий VA RR&D в системе здравоохранения Providence VA Health System.
