I 2005 fik Ann Johnson et slagtilfælde, der gjorde hende alvorligt lammet og ude af stand til at tale. Han var 30 år gammel.
I bedste fald kunne han lave lyde som “åh” og “åh”, men hans hjerne udsendte stadig signaler.
Nu, 18 år efter Johnsons slagtilfælde, en videnskabelig milepæl, har en eksperimentel teknologi oversat hendes hjernes signaler til hørbare ord, hvilket giver hende mulighed for at kommunikere gennem en digital avatar.
Teknologien, der er udviklet af forskere ved University of California, San Francisco, og University of California, Berkeley, er baseret på et implantat placeret på overfladen af Johnsons hjerne i områder forbundet med tale og sprog.
Implantatet, som Johnson modtog under en operation sidste år, indeholder 253 elektroder, der opsnapper hjernesignaler fra tusindvis af neuroner. Under operationen installerede lægerne også en port i Johnsons hoved, der forbindes til et kabel, der fører hjernesignaler til en computer.
Computere bruger kunstig intelligens algoritmer til at oversætte hjernesignaler til sætninger, der bliver talt gennem en digitalt animeret figur. Så da Johnson forsøgte at sige en linje som “Det er godt at se dig igen,” sagde den nærliggende avatar på skærmen disse ord højt.
Systemet ser ud til at være betydeligt hurtigere og mere præcist end tidligere teknologier, der forsøgte lignende bedrifter og tillod Johnson at kommunikere ved hjælp af et relativt stort ordforråd.
Forskerne brugte en optagelse af Johnsons tale ved sit bryllup til at tilpasse avatarens stemme. Systemet konverterede også Johnsons hjernesignaler til ansigtsbevægelser på avataren, såsom sammenpressede læber, og følelsesmæssige udtryk, såsom tristhed eller overraskelse.
Resultaterne af eksperimentet blev offentliggjort onsdag i tidsskriftet Nature.
Dr. Edward Chang, forfatter til undersøgelsen, der udførte Johnsons operation, sagde, at han var “absolut begejstret” for at se hende kommunikere gennem avataren.
“Der er intet, der fortæller, hvor tilfredsstillende det er at se noget som dette faktisk fungere i realtid,” sagde Chang, formand for neurologisk kirurgi ved UCSF, på et pressemøde.
Teknologien konverterede Johnsons forsøg på at tale til ord med en hastighed på næsten 80 ord i minuttet. Chang sagde, at den naturlige talehastighed er mellem 150 og 200. Han havde en gennemsnitlig nøjagtighed på omkring 75 %, da Johnson brugte et ordforråd på 1.024 ord.
I en feedback-afstemning skrev Johnson, at hun var begejstret for at høre avataren tale med en stemme, der ligner hendes.
“De første 7 år efter slagtilfældet brugte jeg kun en tavle. Min mand var så træt af at skulle rejse sig og oversætte tavlen for mig,” skrev hun.
Da hun kom ind i firmaet, sagde hun, var hendes månemål at blive konsulent og bruge teknologi til at tale med kunder.
“Jeg tror, at avataren ville gøre dem mere rolige,” skrev hun.
Teknologien er dog ikke trådløs, så den er endnu ikke avanceret nok til at integreres i Johnsons dagligdag.
To parallelle undersøgelser viser, hvordan hjerneimplantater kan aktivere tale
En anden undersøgelse, også offentliggjort onsdag i Nature, hjalp på samme måde en lammet kvinde med at kommunikere i næsten realtid.
Forsøgsperson, Pat Bennett, har Lou Gehrigs sygdom eller amyotrofisk lateral sklerose, en neurologisk tilstand, der svækker musklerne. Bennett kan stadig bevæge sig og klæde sig selv, men han kan ikke længere bruge sine mund- og halsmuskler til at danne ord.
Efter at have implanteret to små sensorer i hans hjerne, trænede forskere fra Stanford University et softwareprogram til at afkode signaler fra individuelle hjerneceller og konvertere dem til ord på en computerskærm. Som i den første undersøgelse blev sensorerne forbundet til computeren via et kabel.
Teknologien konverterede Bennetts forsøg på at tale til ord med en hastighed på 62 ord i minuttet, med cirka 91 procent nøjagtighed ved brug af et 50-ords ordforråd. Men nøjagtigheden faldt til omkring 76 %, da han brugte et ordforråd på 125.000 ord, hvilket betyder, at 1 ud af 4 ord var forkerte.
“Til sidst vil teknologien indhente niveauet for at gøre den let tilgængelig for folk, der ikke kan tale,” skrev Bennett i en erklæring. “For dem, der ikke taler, betyder det, at de kan forblive forbundet til den bredere verden, måske fortsætte med at arbejde, bevare venner og familieforhold.”
Kommunikation mellem hjerne og computer er stadig ikke perfekt
Eksperimenter med elektroder til at aflæse hjernesignaler går tilbage til slutningen af 1990’erne, men forskningsfeltet har gjort store fremskridt i de senere år.
I 2021 brugte Stanford-holdet bag Bennetts eksperiment et hjerneimplantat og AI-software til at oversætte hjernesignalerne involveret i en lammet mands håndskrift til tekst på en computerskærm. Samme år demonstrerede Changs forskerhold ved UCSF for første gang, at de med succes kunne omsætte hjernesignalerne fra en mand med alvorlig lammelse direkte til tale.
Men de to nye eksperimenter beskrevet i Nature muliggjorde meget hurtigere kommunikation end tidligere forsøg.
“Med disse nye undersøgelser er det nu muligt at forestille sig en fremtid, hvor vi kunne genoprette en flydende samtale til en person med lammelse, hvilket giver dem mulighed for frit at sige, hvad de vil sige med høj nok præcision til at blive pålideligt forstået,” sagde hovedforfatteren. af undersøgelsen. af Stanford-undersøgelsen, sagde Francis Willett, en videnskabsmand ved Stanfords Neural Prosthetics Translational Laboratory, under briefingen.
En leder, der blev udgivet sammen med de to undersøgelser i onsdags, fremhævede dog flere udfordringer med at gøre teknologierne bredt tilgængelige.
For det første bemærkede han, at begge deltagere stadig kan bevæge deres ansigtsmuskler og lave lyde til en vis grad, så det er uklart, hvordan systemerne ville fungere hos mennesker uden resterende bevægelse. For det andet spekulerede han på, om teknologien kunne bruges af andre end højtuddannede forskere.
Systemerne “forbliver for komplicerede til, at sundhedspersonale kan fungere i hjemmet uden omfattende træning og vedligeholdelse,” siger lederen.
Dr. Jaimie Henderson, en Stanford-professor i neurokirurgi, der udførte Bennetts operation, anerkendte begrænsningerne, men sagde, at der er masser af plads til yderligere fremskridt.
“Jeg tror, at implanterbare og kirurgisk placerede teknologier er tilgængelige i det mindste i en overskuelig fremtid,” sagde Henderson.
Hans langsigtede mål, sagde han, er at sikre, at mennesker med Lou Gehrigs sygdom aldrig mister evnen til at kommunikere.
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på NBCNews.com