رمزگشایی هم‌زمان گفتار و حرکات بدن با یک دستگاه رابط مغز و رایانه
مجله Nature Neuroscience در شماره روز ۱۴ام خود، تازه‌ترین دستاورد علم عصب‌شناسی را منتشر کرد: یک دستگاه ایمپلنت مغزی منفرد می‌تواند گفتار و حرکات بدن بیماران مبتلا به فلج را به‌طور هم‌زمان رمزگشایی کند. یک تیم پژوهشی در ایالات متحده با رمزگشایی بی‌درنگ فعالیت‌های عصبی یک فرد مبتلا به فلج، آواتار مجازی شخصی‌سازی‌شده او را به کار انداخت و امکان برقراری ارتباط از طریق صدا و زبان بدن را برای وی فراهم کرد. این یافته‌ها گامی روبه‌جلو در توسعه رابط‌های مغز و رایانه به شمار می‌رود و نویدبخش ایجاد روشی طبیعی‌تر برای برقراری ارتباط افراد مبتلا به فلج است.
پژوهشگران با رمزگشایی بی‌درنگ فعالیت‌های عصبی یک فرد مبتلا به فلج، آواتار مجازی او را هدایت کردند تا بتواند با صدا و اشارات بدنی ارتباط برقرار کند. منبع تصویر: University of California, San Francisco در ایالات متحده
ارتباط طبیعی انسان‌ها اغلب ترکیبی از گفتار و حرکات بدن، مانند تکان دادن دست، اشاره با سر یا دیگر حرکات بالاتنه است. سکته‌های مغزی و بیماری‌های تحلیل‌برنده عصبی نظیر اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) می‌توانند توانایی تکلم و تحرک بدنی را هم‌زمان مختل کنند و روابط اجتماعی بیمار را به‌شدت کاهش دهند.
فناوری رابط مغز و رایانه با هدف تبدیل سیگنال‌های مغزی به فرمان‌هایی برای کنترل دستگاه‌های بیرونی توسعه می‌یابد تا کارکردهای ازدست‌رفته را بازیابی کند. این حوزه بیش از یک دهه سابقه پژوهشی دارد. در روش‌های پیشین، اغلب با استفاده از الکترودهای سطحی یا میکروالکترودهای نفوذی، فعالیت عصبی نواحی حرکتی مرتبط با تکلم ثبت می‌شد و سپس با الگوریتم‌های یادگیری ماشین، صداها، واژه‌ها و جملات مد نظر فرد به متن یا گفتار مصنوعی تبدیل می‌شد؛ در حوزه حرکتی نیز پژوهش‌ها بیشتر بر نواحی کنترل بازو و دست برای هدایت نشانگر، بازوی روباتیک یا گرفتن اجسام متمرکز بود. با این حال، بخش‌هایی از قشر حسی‌حرکتی مغز که گفتار و حرکات بالاتنه یا سر و صورت را هدایت می‌کنند با یکدیگر هم‌پوشانی دارند؛ از این رو، آموزش جداگانه رمزگشاها صرفاً برای گفتار یا صرفاً برای حرکت، در صورت اجرای هم‌زمان ممکن است با تداخل سیگنال مواجه شود. مطالعات پیشین نیز بیشتر به‌صورت تفکیک‌شده بر تکلم یا حرکت متمرکز بوده‌اند.
در مطالعه اخیر، تیمی از University of California, San Francisco با قرار دادن یک ایمپلنت مغزی روی قشر حسی‌حرکتی، فعالیت عصبی سه داوطلب مبتلا به فلج اندام و مجاری صوتی را ثبت کردند. آن‌ها در گام نخست نشان دادند که یک دستگاه ایمپلنت منفرد می‌تواند سیگنال‌های مربوط به الگوهای حرکتی مختلف، شامل حرکات بالاتنه و حرکات دهان و صورت مرتبط با تکلم (نظیر بالا انداختن شانه، مشت کردن و تکان دادن دست یا اشاره با سر) را دریافت کند. سپس پژوهشگران در دو نفر از شرکت‌کنندگان، با به‌کارگیری رمزگشاهای موازی گفتار و حرکت، یک آواتار تمام‌قد مجازی را به حرکت درآوردند؛ از این افراد خواسته شد حرکات بدنی مشخصی را شبیه‌سازی کنند، به مکالمات پاسخ دهند یا هر دو کار را به‌صورت هم‌زمان انجام دهند.
طی تمرین‌های مکالمه، این سامانه گفتار و اشارات بدنی دو شرکت‌کننده را با دقت بالایی رمزگشایی کرد؛ به‌طوری‌که در یکی از شرکت‌کنندگان، میانه دقت رمزگشاییِ گفتار و حرکات بدن در سه مرحله از آزمون به ۱۰۰ درصد رسید.
پژوهشگران دریافتند که آموزش هم‌زمان سیستم با داده‌های گفتاری و حرکتی، عملکرد کلی را بهبود می‌دهد و خطاهای رمزگشایی را کم می‌کند. این تیم یادآور شد که پیش از کاربرد گسترده این فناوری در بالین، لازم است آزمایش‌ها با مشارکت بیماران بیشتر و با استفاده از دایره وسیع‌تری از واژگان و الگوهای حرکتی تکرار شود.