Ny teknik kan hjälpa personer med förlamning att prata igen
Forskare är nära att ta fram teknik som använder hjärnans kommandon för kodning och muskelkontroll för att låta människor som har tappat talstyrkan på grund av förlamning prata igen.
Ny forskning som leds av Northwestern University i Evanston, IL, visar att hjärnan genererar talljud på samma sätt som hur den styr hand- och armrörelser.
Fyndet närmar sig dagen när förlamade personer - som individer med ”inlåst syndrom” - kommer att kunna tala genom ett ”hjärn-maskin-gränssnitt” genom att bara försöka säga ord.
Ett papper om arbetet finns nu i Journal of Neuroscience.
Teamet förutser tekniken med hjälp av hjärnans egen kodning av ljuden tillsammans med kommandona som styr musklerna i läppar, tunga, gom och röstlåda för att producera dem.
Mer ”intuitivt” än Hawkings teknik
Ett sådant system, förklarar författarna, skulle vara mer "intuitivt" än det som används av den kända fysikern Stephen Hawking, som dog tidigare i år vid 76 års ålder.
Hawking hade en sällsynt sjukdom som kallas amyotrofisk lateral skleros som lämnade honom förlamad och oförmögen att tala naturligt större delen av sitt liv.
Men tack vare ett datorgränssnitt som han kunde kontrollera genom att flytta kinden kunde han skriva ord och meningar som en talsyntes sedan läste upp.
Även om metoden gör jobbet är det långsamt och mödosamt. Det artikulerar inte det tal som hjärnan kodar och skickar till musklerna som gör ljuden.
Istället kräver det att personen går igenom en process som är mer besläktad med att skriva; de måste tänka till exempel på den skrivna formen av de ord och meningar de vill formulera, inte bara deras ljud.
”Fonemer och artikulerande gester”
Studien bedriver en modell för talproduktion som består av två delar: formulering av fonem och "artikulerande gester".
Den första är den hierarkiska processen att bryta ner meningar, fraser, ord och stavelser i enskilda ljud eller fonem. Den andra är deras produktion genom kontroll av muskler som artikulerar vokalkanalen. Fram till detta arbete visste man inte hur hjärnan faktiskt planerade och representerade dessa.
"Vi antog", konstaterar seniorstudieförfattaren Dr Marc W. Slutzky, docent i neurologi och fysiologi, "talmotoriska områden i hjärnan skulle ha en liknande organisation som att beväpna motoriska områden i hjärnan."
Han fortsätter med att förklara att de identifierade två hjärnområden som är inblandade i talproduktion och rapporterade: "Den precentrala cortexen representerade gester i större utsträckning än fonem. Den underordnade frontala cortexen, som är ett talnivå på högre nivå, representerade både fonem och gester. ”
Han och hans kollegor gjorde upptäckten medan de studerade hjärnaktivitet hos personer med elektroder implanterade i hjärnan medan de genomgick en operation för att ta bort tumörer. Patienterna var tvungna att vara medvetna under operationen eftersom de var tvungna att läsa upp ord från en skärm.
Författarna förklarar:
"Dessa resultat tyder på att talproduktion delar en liknande kritisk organisationsstruktur med rörelse för andra kroppsdelar."
"Detta har viktiga konsekvenser", avslutar de, "både för vår förståelse av talproduktion och för utformningen av hjärn-maskin-gränssnitt för att återställa kommunikation till människor som inte kan tala."
Baserat på deras resultat planerar de nu att bygga en algoritm för hjärnmaskingränssnitt som, liksom avkodningsgester, också kommer att kunna skapa ord genom att kombinera dem.
