Un dispositivo impiantato consente a un uomo di tradurre i suoi segnali cerebrali in parole scritte.

l'illustrazione mostra un uomo con un impianto cerebrale seduto su una sedia; una sezione trasversale della testa dell'uomo mostra che l'impianto si trova sopra il suo cervello e ha una spina che sporge dalla parte superiore della sua testa. La spina è collegata a un filo che porta a un dispositivo dietro l'alimentazione principale e si collega a un monitor, su cui si trovano le parole "Come stai oggi?"

Un uomo che ha sviluppato la paralisi e ha perso la capacità di parlare a seguito di un ictus può ora comunicare utilizzando un sistema che traduce i segnali elettrici del suo cervello in singole lettere, permettendogli di creare intere parole e frasi in tempo reale.

Per utilizzare il dispositivo, che riceve segnali dagli elettrodi impiantati nel suo cervello, l'uomo tenta silenziosamente di pronunciare parole in codice che sostituiscono le 26 lettere dell'alfabeto, secondo un nuovo rapporto, pubblicato martedì (8 novembre) sulla rivista Comunicazioni sulla natura(si apre in una nuova scheda). Queste parole in codice provengono dall'alfabeto fonetico della NATO, in cui "alfa" sta per la lettera A, "bravo" per B e così via.

"L'alfabeto fonetico della NATO è stato sviluppato per la comunicazione su canali rumorosi", Sean Metzger(si apre in una nuova scheda), il primo autore dello studio e candidato al dottorato presso l'Università della California, Berkeley e l'Università della California, il programma di laurea in Bioingegneria di San Francisco, ha detto a WordsSideKick.com. "Questa è una specie di situazione in cui ci troviamo, in cui ci troviamo in questo ambiente rumoroso di registrazioni neurali". I ricercatori inizialmente hanno provato a usare lettere singole invece di parole in codice, ma il loro sistema ha faticato a distinguere lettere foneticamente simili, come B, D, P e G.

Pronunciando in silenzio le parole in codice NATO, l'utente genera attività cerebrale che può quindi essere decodificata da algoritmi che mettono insieme le lettere desiderate e inseriscono spazi tra le parole mentre si formano. Per terminare una frase, l'utente tenta di stringere la mano destra; questo produce un'attività cerebrale distinta che dice al dispositivo di interrompere la decodifica.

In recenti test, l'uomo è stato in grado di produrre frasi da un vocabolario di oltre 1.150 parole a una velocità di 29, 4 caratteri al minuto, ovvero circa sette parole al minuto. Il dispositivo di decodifica ha commesso occasionalmente errori durante la traduzione della sua attività cerebrale in lettere, mostrando un tasso di errore medio del carattere del 6, 13%.

Ciò segna un miglioramento rispetto a un precedente test del sistema, descritto in un rapporto del 2021 sul New England Journal of Medicine(si apre in una nuova scheda). In quel test, l'uomo ha costruito frasi tentando di pronunciare intere parole ad alta voce da un vocabolario di 50 parole. Il dispositivo è in grado di decodificare circa 18 parole al minuto con una precisione mediana del 75% e una precisione massima del 93%.

"È stato fantastico, ma limitato", in termini di vocabolario e in quanto l'utente ha tentato di pronunciare le parole ad alta voce, ha detto Metzger. L'ultima prova del sistema mostra che il sistema funzionava ancora in silenzio e che, utilizzando un approccio ortografico, un utente può espandere notevolmente il vocabolario disponibile. In futuro, i due approcci potrebbero essere facilmente combinati: gli utenti potrebbero fare affidamento sul decodificatore di parole intere per generare rapidamente parole comuni e potrebbero utilizzare il decodificatore di lettere singole per sillabare parole meno comuni, ha spiegato Metzger.

L'uomo descritto in entrambi gli studi è il primo partecipante allo studio Brain-Computer Interface Restoration of Arm and Voice (BRAVO)(si apre in una nuova scheda), che viene condotto presso la UC San Francisco. Lo studio è aperto agli adulti che hanno perso il controllo motorio e della parola in modo significativo a causa di condizioni come ictus, sclerosi laterale amiotrofica (SLA) e distrofia muscolare.

All'età di 20 anni, il partecipante ha avuto un grave ictus che ha interrotto il flusso sanguigno a una parte del tronco cerebrale chiamata ponte. Questa struttura funge da ponte tra il cervello e il midollo spinale e, in seguito al suo ictus, il partecipante ha perso gran parte della sua capacità di muovere la testa, il collo e gli arti e tutta la sua capacità di produrre un discorso intelligibile. In generale, l'uomo ora comunica utilizzando la sua limitata mobilità della testa per selezionare le lettere su uno schermo utilizzando un puntatore fisico o un cursore controllato dalla testa.

L'uomo è entrato nel processo BRAVO all'età di 36 anni, momento in cui ha subito un intervento chirurgico per avere una rete di 128 elettrodi posati sulla superficie del suo cervello. Fondamentalmente, questi elettrodi si trovano sopra una regione della corteccia cerebrale rugosa che controlla i muscoli del tratto vocale, istruendoli a muoversi e quindi produrre suoni specifici. Copre anche l'area del cervello coinvolta nel movimento delle mani.

Per ora, per connettersi al decoder, il partecipante alla prova deve essere fisicamente collegato al dispositivo attraverso una porta che sporge attraverso la pelle del cuoio capelluto. Idealmente, in futuro, il sistema sarà completamente wireless, ha affermato Metzger.

Per calibrare il decoder, i ricercatori hanno suggerito al partecipante di tentare silenziosamente di pronunciare ciascuna delle parole in codice NATO e anche di esercitarsi nel tentativo di stringere la mano destra. Col tempo, gli fecero anche pronunciare parole arbitrarie e copiare intere frasi, lettera per lettera. Alla fine, dopo aver trascorso circa 11 ore di formazione con il sistema, l'uomo potrebbe scrivere le proprie frasi originali e produrre risposte a domande specifiche.

Una limitazione del sistema è che c'è una finestra di tempo di 2, 5 secondi assegnata per ogni lettera; in quel momento, l'utente pronuncia silenziosamente una parola in codice e il sistema registra e decodifica i segnali cerebrali risultanti. Ridurre la finestra temporale e rendere più flessibile il ritmo della decodifica sarà la chiave per aumentare la velocità del sistema, ha affermato Metzger.

Sebbene il nuovo studio includa un solo partecipante, è "ancora uno studio rivoluzionario", ha affermato Jun Wang(si apre in una nuova scheda), professore associato nei dipartimenti di Scienze del linguaggio, del linguaggio e dell'udito e Neurologia presso l'Università del Texas ad Austin. Sono necessarie ulteriori ricerche per sapere se lo stesso approccio funzionerà per altri pazienti o se dovrà essere in qualche modo adattato per ogni persona, ha detto Wang a WordsSideKick.com in un'e-mail.

Per essere adatti all'uso quotidiano, tali dispositivi dovranno essere facili da usare per i pazienti e i loro assistenti senza assistenza e dovranno interfacciarsi con altri software per computer, ha affermato Wang. La tecnologia sarebbe particolarmente utile per i pazienti in uno stato bloccato, che sono quasi completamente paralizzati ma conservano tutte le loro funzioni cognitive e una certa capacità di muovere gli occhi, ha detto.