Nauka
Serce ma swój „mózg”. Naukowcy badają jego rolę i funkcje
20 grudnia 2024
Interfejs, który mówi. Przełomowy wynalazek
Naukowcy z Politechniki w Lozannie opracowali wysokowydajny, zminiaturyzowany interfejs mózg-maszyna. Nie jest to pierwsze tego typu urządzenie, ale jako pierwsze potrafi przełożyć myśli na słowa z tak dużą dokładnością. Innowacja ta otwiera drzwi do praktycznych, wszczepialnych BMI. Według swoich projektantów przyniosą znaczną poprawę jakości życia pacjentów z urazami rdzenia kręgowego.
MiBMI przetwarza sygnały neuronowe w czasie rzeczywistym i konwertuje myśli pacjenta na tekst z dokładnością sięgającą 91 proc. Ekstremalna miniaturyzacja urządzenia sprawia, że nadaje się ono do wszczepienia przy minimalnej inwazyjności. Interfejs można również zastosować do kontroli ruchu.
Technologia ta ma potencjał znacząco poprawić jakość życia pacjentów cierpiących na stwardnienie zanikowe boczne oraz urazy rdzenia kręgowego. Niewielki rozmiar i niskie zużycie energii MiBMI to kluczowe cechy, które czynią system odpowiednim do zastosowań wszczepialnych. Minimalna inwazyjność zapewnia bezpieczeństwo zarówno w warunkach klinicznych, jak i rzeczywistych. Jest to również w pełni zintegrowany system, co oznacza, że nagrywanie i przetwarzanie odbywają się na dwóch niezwykle małych chipach o łącznej powierzchni 8 mm².
„MiBMI pozwala nam konwertować skomplikowaną aktywność neuronową na czytelny tekst z wysoką dokładnością i niskim zużyciem energii. Ten postęp przybliża nas do praktycznych, wszczepialnych rozwiązań. Mogą one znacznie poprawić zdolności komunikacyjne osób z poważnymi zaburzeniami motorycznymi” – mówi Mahsy Shoaran z Politechniki w Lozannie.
Polecamy: Jak mózg tworzy świadomość? Neurologiczne podstawy świadomości
Jak działa interfejs mózg-maszyna?
Konwersja aktywności mózgu na tekst polega na dekodowaniu sygnałów neuronowych generowanych, gdy pacjent wyobraża sobie pisanie liter lub słów. Elektrody wszczepione do mózgu rejestrują aktywność związaną z czynnością pisania ręcznego. Następnie chip MiBMI przetwarza te sygnały w czasie rzeczywistym, tłumacząc zamierzone ruchy dłoni na odpowiadający im tekst cyfrowy.
Technologia ta umożliwia osobom z zespołem zamknięcia i innymi poważnymi zaburzeniami motorycznymi komunikowanie się poprzez samą myśl o pisaniu.
„Chociaż chip nie został jeszcze zintegrowany z działającym BMI, przetworzył dane z nagrań na żywo, konwertując aktywność pisma ręcznego na tekst z imponującą dokładnością 91 proc.” – oznajmił główny autor projektu, Mohammed Ali Shaeri.
Chip może obecnie dekodować do 31 różnych znaków, co jest osiągnięciem nieporównywalnym z żadnym innym zintegrowanym systemem.
„Jesteśmy przekonani, że możemy zdekodować do 100 znaków. Zbiór danych pisma odręcznego z większą liczbą znaków nie jest jeszcze dostępny” – dodaje Shaeri.
Kompaktowy interfejs mózg-maszyna będzie rewolucją w komunikacji. Nauka języków obcych stanie się zbedna?
Obecne BMI rejestrują dane z elektrod wszczepionych do mózgu, a następnie przesyłają te sygnały do oddzielnego komputera w celu ich dekodowania. Chipy MiBMI rejestrują dane, ale także przetwarzają informacje w czasie rzeczywistym, integrując 192-kanałowy system rejestracji neuronowej z 512-kanałowym dekoderem neuronowym. Ten przełomowy sukces jest wynikiem ekstremalnej miniaturyzacji, łączącej wiedzę specjalistyczną z zakresu układów scalonych, inżynierii neuronowej i sztucznej inteligencji.
Aby przetworzyć ogromną ilość informacji zebranych przez elektrody na zminiaturyzowanym interfejsie, naukowcy musieli przyjąć zupełnie inne podejście do analizy danych. Odkryli, że aktywność mózgu związana z każdą literą, gdy pacjent wyobraża sobie jej ręczne zapisanie, zawiera bardzo specyficzne markery, które uczeni nazwali charakterystycznymi kodami neuronowymi.
Zamiast przetwarzać tysiące bajtów danych dla każdej litery, mikroprocesor musi przetwarzać tylko DNC, które zawierają mniej danych, co przyspiesza działanie systemu. Przełom ten pozwala również na skrócenie czasu szkolenia, co sprawia, że nauka korzystania z BMI jest łatwiejsza i bardziej dostępna. MiBMI może w przyszłości jeszcze bardziej rozszerzyć swoje możliwości. Skoro już dzisiaj jest w stanie tak precyzyjnie przetworzyć myśli na mowę, to być może w przyszłości nauka języków obcych stanie się zbędna? Wystarczy, że chip będzie tłumaczył myśli na inne języki z pomocą AI, a syntezator mowy wypowie myśli zrozumiale dla obcokrajowca.
