Naděje pro hendikepované: Jak AI navrátila hlas paralyzované ženě

Vědci z UC San Francisco a UC Berkeley vyvinuli rozhraní mezi mozkem a počítačem (BCI), které umožnilo ženě s těžkou paralýzou v důsledku mozkového krvácení komunikovat prostřednictvím digitálního avatara.

Poprvé v historii byla řeč nebo výrazy tváře syntetizovány z mozkových signálů. Systém je také schopen dekódovat tyto signály do textu téměř rychlostí 80 slov za minutu, což je obrovský pokrok oproti komerčně dostupným technologiím.

Průlom v oblasti neurochirurgie

Edward Chang, MD, předseda neurochirurgického oddělení na UCSF, který pracoval na technologii BCI více než deset let, doufá, že tento nejnovější výzkumný průlom, publikovaný 23. srpna 2023 v časopise Nature, povede k systému schválenému FDA, který umožní řeč z mozkových signálů v blízké budoucnosti.

„Cílem je obnovit plný a tělesný způsob komunikace, což je pro nás nejpřirozenější způsob, jak mluvit s ostatními,“ řekl Chang, člen UCSF Weill Institute for Neuroscience. „Tyto pokroky nás přivádějí mnohem blíže k tomu, aby to bylo skutečné řešení pro pacienty.“

Od textu k plné řeči

Changův tým již dříve prokázal, že je možné dekódovat mozkové signály do textu u muže, který také prodělal mozkové krvácení mnoho let předtím. Současná studie ukazuje něco ambicióznějšího: dekódování mozkových signálů do bohatosti řeči spolu s pohyby, které oživují obličej osoby během konverzace.

Historie BCI: Případ Stephena Hawkinga

Než se vědci z UC San Francisco a UC Berkeley pustili do svého průlomového výzkumu, byla komunikace skrze BCI již dříve předmětem zájmu. Však si vzpomeňme na ikonickou postavu vědecké komunity – Stephena Hawkinga. 

Stephen Hawking, jedna z nejjasnějších hvězd teoretické fyziky, se proslavil svými průkopnickými teoriemi o černých dírách a původu vesmíru. Ve věku 21 let byl postižen amyotrofickou laterální sklerózou (ALS), degenerativním onemocněním nervového systému. Ačkoliv mu lékaři původně dávali jen několik let života, Hawking překonal všechna očekávání a dožil se 76 let (zemřel 14. března 2018). Navzdory svému tělesnému omezení, které ho postupně připoutalo k vozíku, Hawking nikdy nepřestal zkoumat vesmír. Díky speciálnímu počítačovému systému mohl komunikovat a sdílet své myšlenky s celým světem. 

Hawkingův přístup k BCI byl v jeho době revoluční. Jeho odhodlání komunikovat a sdílet své myšlenky, navzdory své nemoci, bylo inspirací pro mnoho a ukázalo, jak může technologie překonávat lidské omezení. Jeho odhodlání a přínos vědě z něj tak činí jednoho z nejvýznamnějších vědců vůbec.

Obrázek 2 – Midjourney: Stephen Hawking

Technologie za hranicemi

Pro tento účel Chang implantoval tenký obdélník s 253 elektrodami na povrch ženina mozku v oblastech, které jeho tým identifikoval jako klíčové pro řeč. Elektrody zachytily mozkové signály, které by, nebýt krvácení, směřovaly k svalům v jejím jazyku, čelisti a hrtanu, stejně jako k její tváři.

Trénink umělé inteligence

Po několik týdnů účastnice spolupracovala s týmem na tréninku algoritmů umělé inteligence systému, aby rozpoznaly její jedinečné mozkové signály pro řeč. To zahrnovalo opakované opakování různých frází z konverzační slovní zásoby o 1 024 slovech, dokud počítač nerozpoznal mozkové aktivity spojené s těmito zvuky.

Inovativní přístup k dekódování

Místo tréninku AI na rozpoznání celých slov vědci vytvořili systém, který dekóduje slova z fonémů. Tyto fonémy jsou podjednotky řeči, které tvoří mluvená slova stejným způsobem, jakým písmena tvoří psaná slova. Pro vytvoření hlasu tým vytvořil algoritmus pro syntézu řeči, který personalizovali tak, aby zněl jako její hlas před úrazem, pomocí nahrávky jejího mluvení na svatbě.

Krok směrem k nezávislosti

Důležitým dalším krokem pro tým je vytvoření bezdrátové verze, která by nevyžadovala fyzické připojení uživatele k BCI.

„Poskytnutí lidem možnosti volně ovládat své vlastní počítače a telefony s touto technologií by mělo hluboký dopad na jejich nezávislost a sociální interakce,“ řekl spoluautor David Moses, PhD, odborný asistent v oboru neurologické chirurgie.

Obrázek 3 – Midjourney: Brain combined with tech

Prognóza mozkových rozhraní v nadcházejících letech

V kontextu současných výzkumů v oblasti mozkových rozhraní a umělé inteligence se zdá, že stojíme na prahu revoluce v neurotechnologii. Z dosavadních výsledků, jako je případ paralyzované ženy, která znovu získala schopnost mluvit, můžeme odvodit, že v následujícím desetiletí se technologie stane ještě přesnější a adaptabilnější.

Očekává se, že mozková rozhraní nejen obnoví ztracené schopnosti, ale také rozšíří naše stávající kognitivní a komunikační kapacity. Přesto je třeba si zachovat jistou dávku opatrnosti. S rychlým technologickým pokrokem mohou vyvstat i nové otázky týkající se etiky, soukromí a dostupnosti. Stačí se jen podívat na to, jak se s příchodem generativní AI téměř celý svět začala dohadovat o tom, jak by se nová technologie měla, nebo neměla regulovat.

Je tak zřejmé že mozkové rozhraní (BCI) budou v blízké budoucnosti klíčovým prvkem v lékařském i komerčním sektoru, jejich integrace do společnosti bude ale vyžadovat opatrný a cílevědomý přístup.