Представьте себе мир, где люди могут общаться, используя лишь силу мысли. Ученые приблизились к этой мечте, разработав мозговые импланты, способные декодировать внутреннюю речь, распознавая слова, которые люди произносят в уме, не шевеля губами и не издавая ни звука.
Хотя технология находится на ранней стадии – на данный момент она работает лишь с ограниченным набором слов, а не с фразами или предложениями – в будущем она может найти применение в медицине. Аналогичные интерфейсы «мозг-компьютер» (BCI), преобразующие сигналы мозга в текст, уже достигли скорости 62–78 слов в минуту некоторых испытуемых. Однако эти технологии были обучены интерпретировать речь, которая хотя бы частично озвучивалась или имитировалась движениями губ.
Новое исследование, опубликованное 13 мая в журнале Nature Human Behaviour, является первым, в котором удалось декодировать слова, произносимые исключительно про себя, путем регистрации сигналов от отдельных нейронов мозга в режиме реального времени. «Это, вероятно, самое передовое на сегодняшний день исследование по декодированию воображаемой речи», – говорит Сильвия Марчезотти, нейроинженер из Женевского университета, Швейцария.
«Эта технология будет особенно полезна для людей, которые больше не могут двигаться», – говорит соавтор исследования Сара Вандельт, нейроинженер, работавшая в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене на момент проведения исследования. «Например, мы можем думать о таком состоянии, как синдром “запертого внутри”».
Технология чтения мыслей
Исследователи имплантировали массивы миниатюрных электродов в мозг двух человек с травмами спинного мозга. Устройства были размещены в надкраевой извилине (SMG) – области мозга, которая ранее не исследовалась в BCI для декодирования речи.
«Определение оптимальных мест в мозге для имплантации BCI – одна из ключевых задач для декодирования внутренней речи», – говорит Марчезотти. Авторы решили измерить активность нейронов в SMG, основываясь на предыдущих исследованиях, показывающих, что эта часть мозга активируется при субвокальной речи и в задачах, требующих определения рифмы слов.
Через две недели после имплантации микроэлектродных массивов в левую SMG участников, исследователи начали сбор данных. BCI был обучен на шести словах (поле битвы, ковбой, питон, ложка, плавание и телефон) и двух бессмысленных псевдословах (nifzig и bindip). «Цель состояла в том, чтобы увидеть, необходимо ли значение для представления», – говорит Вандельт.
В течение трех дней команда просила каждого участника представить, как он произносит слова, показанные на экране, и повторяла этот процесс несколько раз для каждого слова. Затем BCI сопоставлял измерения активности мозга участников с компьютерной моделью, чтобы предсказывать их внутреннюю речь в режиме реального времени.
Для первого участника BCI зафиксировал четкие нейронные сигналы для всех слов и смог идентифицировать их с точностью в 79%. Однако точность декодирования для второго участника составила всего 23%, у которого наблюдалось преимущественное представление слов «ложка» и «плавание», а также было меньше нейронов, уникально активных для каждого слова.
«Возможно, разные подобласти надкраевой извилины в большей или меньшей степени участвуют в этом процессе», – говорит Вандельт.
Кристиан Херфф, вычислительный нейробиолог из Маастрихтского университета в Нидерландах, считает, что эти результаты могут указывать на различные способы обработки внутренней речи у разных людей. «Предыдущие исследования показали, что существуют различия в способности выполнять воображаемую задачу, а также в способности управлять BCI», – добавляет Марчезотти.
Авторы также обнаружили, что 82–85% нейронов, которые были активны во время внутренней речи, также были активны, когда участники произносили слова вслух. Однако некоторые нейроны были активны только во время внутренней речи или по-разному реагировали на определенные слова в разных задачах.
Следующие шаги
Хотя исследование представляет собой значительный прогресс в декодировании внутренней речи, до клинического применения все еще далеко, и многие вопросы остаются без ответа. «Проблема с внутренней речью заключается в том, что мы не знаем, что происходит и как она обрабатывается», – говорит Херфф. Например, исследователям пока не удалось определить, представляет ли мозг внутреннюю речь фонетически (по звучанию) или семантически (по смыслу).
«Я думаю, что нам нужны более обширные словари» для экспериментов, говорит Херфф. Марчезотти также задается вопросом, можно ли распространить эту технологию на людей, потерявших способность говорить, учитывая, что оба участника исследования способны говорить и имеют неповрежденные речевые зоны мозга. «Это один из тех вопросов, которые, я думаю, можно будет решить в будущем», – говорит она.
Следующим шагом для команды будет проверка того, сможет ли BCI различать буквы алфавита. «Возможно, у нас получится создать внутренний речевой орфографический модуль, который действительно поможет пациентам произносить слова по буквам», – говорит Вандельт.
Читайте также: Компьютеры как человеческий мозг: большой шаг к копированию биологической структуры
