Utrata zdolności mówienia i poruszania rękami należy do najbardziej wyniszczających konsekwencji chorób neurologicznych i urazów rdzenia kręgowego. Dotychczasowe systemy komunikacji alternatywnej - choć dostępne - były zbyt wolne i obarczone błędami, by zapewnić płynną interakcję.

Naukowcy z Mass General Brigham opracowali wszczepialny interfejs mózg–komputer (iBCI), który umożliwia szybkie i dokładne pisanie tekstu wyłącznie na podstawie aktywności neuronalnej. Technologię przetestowano u dwóch uczestników badania klinicznego BrainGate - osoby z zaawansowanym ALS oraz pacjenta z uszkodzeniem szyjnego odcinka rdzenia kręgowego. W obu przypadkach system przywrócił funkcjonalną komunikację.

Intuicyjne sterowanie: od zamiaru ruchu do tekstu

Najważniejszym elementem rozwiązania jest wykorzystanie naturalnych reprezentacji ruchowych w mózgu. Mikroelektrody wszczepione w korze ruchowej rejestrują sygnały związane z próbą wykonania ruchów palców. Na tej podstawie użytkownik "pisze" na wirtualnej klawiaturze QWERTY, gdzie każda litera odpowiada określonemu układowi palców (np. zgięcie lub uniesienie). System dekoduje te wzorce aktywności neuronalnej i przekształca je w znaki tekstowe.

To podejście znacząco różni się od wcześniejszych interfejsów, które opierały się na wyborze liter pojedynczo (np. za pomocą wzroku lub kursora). Tutaj proces jest bliższy naturalnemu pisaniu - wykorzystuje wyuczone schematy motoryczne, zachowane mimo paraliżu.

Najbardziej wymiernym efektem jest wydajność systemu. Jeden z uczestników osiągnął prędkość 110 znaków na minutę, co odpowiada około 22 słowom. To poziom porównywalny z tempem pisania na urządzeniach mobilnych przez osoby bez deficytów neurologicznych. Jednocześnie dokładność pozostaje bardzo wysoka - wskaźnik błędów wyniósł zaledwie 1,6 proc. Warto podkreślić, że kalibracja interfejsu była stosunkowo krótka. Uczestnicy potrzebowali jedynie ok. 30 zdań treningowych, by osiągnąć funkcjonalny poziom obsługi.

Szansa na jeszcze lepsze neuroprotezy

Obecnie stosowane rozwiązania komunikacyjne dla osób z ciężkim paraliżem - w tym systemy śledzenia ruchu gałek ocznych - pozostają narzędziami kompromisowymi. Są funkcjonalne, ale wolne, obciążające poznawczo i często frustrujące dla użytkowników. Wiele osób porzuca te technologie, ponieważ nie pozwalają na swobodną komunikację. Nowy interfejs iBCI odpowiada na te ograniczenia, oferując znacząco wyższą przepustowość i bardziej intuicyjny sposób interakcji.

Prezentowane rozwiązanie jest efektem ponad 20 lat prac konsorcjum BrainGate, które od 2004 r. rozwija implanty mózg-komputer w kontekście przywracania funkcji utraconych w wyniku chorób neurologicznych.

Autorzy badania, opisanego w Nature Neuroscience, zwracają uwagę, że dekodowanie zamiaru ruchu palców ma szersze implikacje. To krok w stronę bardziej zaawansowanych neuroprotez ruchowych, które w przyszłości mogą umożliwić odzyskanie funkcji chwytu czy manipulacji przedmiotami.

Czytaj także:

Pierwszy wszczepialny implant do leczenia paraliżu zatwierdzony

Głęboka stymulacja mózgu: AOTMiT rekomenduje zmiany