В новом исследовании, проведенном учеными из Стэнфордского университета и Emory BrainGate, достигнут значительный прорыв в области интерфейсов «мозг-компьютер» (ИМК). Им впервые удалось расшифровать «внутреннюю речь» человека — мысленный монолог, который не сопровождается произнесением слов вслух. Точность расшифровки составила до 74%, что открывает новые возможности для людей с тяжелыми формами паралича и другими неврологическими нарушениями, лишающими их способности говорить.
«Это первый случай, когда мы смогли понять, как выглядит мозговая активность, когда человек просто думает о речи«, — пояснила ведущий автор исследования Эрин Кунц из Стэнфордского университета. «Для людей с тяжелыми нарушениями речи и моторики ИМК, способные расшифровывать внутреннюю речь, могут стать инструментом для более естественного и удобного общения«.
Разработкой подобных технологий занимаются такие компании, как Neuralink, Synchron, INBRAIN Neuroelectronics и Cognixion. Они применяют ИМК в различных сферах — от управления роботизированными конечностями до создания музыки и общения без слов. Новое исследование показывает, что интерфейсы также могут считывать сигналы мозга, связанные с речью, даже если человек не произносит слова вслух, а лишь представляет их.
Для пациентов с ограниченным мышечным контролем из-за заболеваний, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС) или инсульт ствола мозга, эта технология может полностью заменить физический акт речи. Ученые предположили, что прямое декодирование внутренней речи не только возможно, но и может быть эффективнее попыток произнести слова вслух.
«Если человеку достаточно просто подумать о слове, а не пытаться его сказать, это потенциально проще и быстрее«, — объяснил соавтор исследования Беньямин Мешеде-Краса из Стэнфордского университета.
В эксперименте участвовали четыре пациента с тяжелым параличом, вызванным БАС или инсультом. Им имплантировали микроэлектроды в моторную кору — область мозга, отвечающую за управление речью. Участников просили либо попытаться произнести слова, либо просто представить их.
Результаты показали, что как попытка речи, так и мысленное представление активировали схожие зоны мозга и создавали похожие нейронные паттерны, хотя сигналы при внутренней речи были слабее. С помощью обученных ИИ-моделей систему удалось настроить на расшифровку мысленных предложений с точностью до 74% на базе из 125 000 слов.
Неожиданным открытием стало то, что ИМК иногда улавливал внутреннюю речь, которую участников не просили воспроизводить — например, мысленный счет объектов на экране. Это продемонстрировало высокую чувствительность системы. Кроме того, алгоритм мог отличать попытки произнести слова от их мысленного представления, отфильтровывая случайные мысли.
Для защиты конфиденциальности в исследование был встроен механизм пароля: расшифровка начиналась только тогда, когда участник мысленно повторял фразу «Читти-Читти Банг-Банг», которую система распознавала с точностью более 98%.
«Будущее ИМК выглядит очень перспективным«, — отметил старший автор работы Фрэнк Виллет. «Это исследование дает надежду на то, что однажды речевые интерфейсы смогут восстановить общение, столь же беглое, естественное и комфортное, как обычный разговор«.
Исследование было опубликовано в журнале Cell Press.
