Υπολογιστής αποκωδικοποιεί τα σήματα του εγκεφάλου και τα μετατρέπει σε γράμματα σε μια οθόνη
Επιστήμονες από τη Γερμανία και την Ελβετία -μεταξύ των οποίων ο Έλληνας ερευνητής της διασποράς Ιωάννης Βλάχος- παρουσίασαν μια νέα μέθοδο, η οποία επέτρεψε την επικοινωνία με έναν ασθενή, που δεν μπορεί να μιλήσει, ούτε να κινηθεί και βρίσκεται σε πλήρως παραλυτική κατάσταση εγκλεισμού (locked-in state) στο σώμα του.
Πρόκειται για έναν υπολογιστή που αποκωδικοποιεί τα σήματα του εγκεφάλου του «κλειδωμένου» ασθενούς και τα μετατρέπει σε γράμματα σε μια οθόνη. Οι ερευνητές, με επικεφαλής τους Νιλς Μπιρμπάουμερ του Πανεπιστημίου του Τίμπινγκεν και Γιόνας Τσίμερμαν του Κέντρου Βιο-και Νευροαπεικόνισης Wyss της Γενεύης, οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature Communications», δήλωσαν ότι το επίτευγμα δείχνει, πως είναι δυνατή η λεκτική επικοινωνία με ασθενείς σε σύνδρομο εγκλεισμού, χάρη στη χρήση της νέας διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή (brain-computer interface – BCI).
Οι συσκευές αυτού του είδους μπορούν να αποκαταστήσουν την επικοινωνία με ανθρώπους που έχουν χάσει την ικανότητά τους να κινούνται ή να μιλάνε. Μέχρι στιγμής η έρευνα σε αυτό το πεδίο έχει εστιαστεί σε μεγάλο βαθμό σε ασθενείς με αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS), γνωστή και ως νόσο του κινητικού νευρώνα, μια νευροεκφυλιστική πάθηση που οδηγεί σε προοδευτική απώλεια του εθελούσιου μυϊκού ελέγχου.
Έως σήμερα έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές που επιτρέπουν σε αυτούς τους ασθενείς να χρησιμοποιούν τα μάτια τους ή τους μυς του προσώπου τους για να επικοινωνούν. Όμως από τη στιγμή που χάνεται τελείως ο μυϊκός έλεγχος, οι ασθενείς χάνουν και την ικανότητα κάθε επικοινωνίας, μένοντας σε μια κατάσταση «εγκλεισμού» στο σώμα τους.
Αυτή τη φορά, μετά από έρευνα άνω των δύο ετών με τον συγκεκριμένο 34χρονο άνδρα, οι ερευνητές, χρησιμοποιώντας ένα σύστημα ακουστικής νευροανάδρασης (ένα είδος BCI), που εμφυτεύθηκε χειρουργικά στον κινητικό φλοιό του εγκεφάλου του πλήρως «κλειδωμένου» πάσχοντος με ALS, ο οποίος δεν είχε κανέναν μυϊκό έλεγχο πάνω στο σώμα του, κατάφεραν να σχηματίσουν λέξεις και φράσεις που επέτρεψαν την επικοινωνία μαζί του με μέσο ρυθμό περίπου έναν χαρακτήρα το λεπτό.
Στον ασθενή παρασχέθηκε ακουστική ανάδραση της νευρωνικής δραστηριότητάς του και καθοδηγήθηκε να συνταιριάζει τη συχνότητα ενός ήχου με τη δραστηριοποίηση εγκεφαλικών νευρώνων, με τρόπο που μπορούσε να ερμηνευθεί ως «ναι» ή «όχι». Ο ασθενής ήταν σε θέση επίσης να τροποποιεί την πυροδότηση των νευρώνων του, με βάση την ακουστική ανάδραση, έτσι ώστε να επιλέγει γράμματα για να σχηματίσει λέξεις και φράσεις, προκειμένου να επικοινωνήσει.
Τα εγκεφαλικά σήματα καταγράφονται από τα εμφυτευμένα μικροηλεκτρόδια και μετά αποκωδικοποιούνται σε πραγματικό χρόνο από ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης (μηχανικής μάθησης). Ο αλγόριθμος ερμηνεύει τα εγκεφαλικά σήματα ότι σημαίνουν είτε «ναι» είτε «όχι». Στη συνέχεια, ένα άλλο πρόγραμμα διαβάζει τα γράμματα του αλφαβήτου φωναχτά και μέσω της ακουστικής ανάδρασης ο ασθενής μπορεί να διαλέξει «ναι» ή «όχι» για κάθε γράμμα, οπότε σιγά-σιγά με αυτό τον τρόπο, απορρίπτοντας ή αποδεχόμενος ένα γράμμα, μπορεί να σχηματίσει μια ολόκληρη λέξη ή φράση.
Ο Τσίμερμαν δήλωσε ότι «η μελέτη απαντά ένα χρόνιο ερώτημα, κατά πόσο οι άνθρωποι με πλήρες σύνδρομο εγκλεισμού, οι οποίοι έχουν χάσει κάθε εθελούσιο μυϊκό έλεγχο, συμπεριλαμβανομένων των κινήσεων των ματιών ή του στόματός τους, χάνουν επίσης την ικανότητα του εγκεφάλου τους να γεννά εντολές επικοινωνίας. Στο παρελθόν είχε επιτευχθεί επιτυχής επικοινωνία μέσω BCI με παράλυτα άτομα. Όμως, από όσο γνωρίζουμε, η μελέτη μας είναι η πρώτη που πέτυχε επικοινωνία με κάποιον, ο οποίος δεν είχε πια καμία εθελούσια κίνηση και για τον οποίο συνεπώς η διεπαφή BCI είναι πλέον το μοναδικό μέσο επικοινωνίας».
Οι ερευνητές ανέφεραν ότι η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμη και στο σπίτι ενός ασθενούς. Επεσήμαναν πάντως ότι προτού γίνει ευρεία κλινική χρήση της νέας μεθόδου, θα πρέπει να μεσολαβήσουν περαιτέρω έρευνες σε περισσότερους ασθενείς για να επιβεβαιώσουν την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητά της. Παγκοσμίως ο αριθμός των ανθρώπων με ALS αυξάνει συνεχώς και αναμένεται να ξεπεράσει τους 300.000 έως το 2040, με πολλούς από αυτούς να έχουν φθάσει σε στάδιο όπου δεν μπορούν καν να μιλήσουν.
Καθοριστική συμβολή στην ανάπτυξη της νέας μεθόδου είχε ο νευρο-μηχανικός Ιωάννης Βλάχος, ερευνητής του Κέντρου Wyss, απόφοιτος της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ, με διδακτορικό (2011) στην Υπολογιστική Νευροεπιστήμη από το γερμανικό Πανεπιστήμιο του Φράιμπουργκ.