Ein Sprachsynthesizer direkt zum Gehirn

Könnte eine Person, die gelähmt ist und nicht sprechen kann, wie der Physiker Stephen Hawking, ein Gehirnimplantat verwenden, um ein Gespräch zu führen?

Mind-Recorder: Ein Elektrodenblatt nimmt elektrische Aktivität von der Oberfläche des Gehirns auf.

Dies ist das Ziel einer wachsenden Forschungsanstrengung an US-Universitäten, die in den letzten fünf Jahren bewiesen hat, dass unter dem Schädel platzierte Aufzeichnungsgeräte die mit dem Sprechen verbundene Gehirnaktivität erfassen können.

Während die Ergebnisse vorläufig sind, sagt Edward Chang, ein Neurochirurg an der University of California, San Francisco, dass er an der Entwicklung einer drahtlosen Gehirn-Maschine-Schnittstelle arbeitet, die Gehirnsignale mithilfe eines Sprachsynthesizers direkt in hörbare Sprache umwandeln könnte.

Die Bemühungen, eine Sprachprothese zu entwickeln, bauen auf den Erfolgen von Experimenten auf, bei denen gelähmte Freiwillige Gehirnimplantate verwendet haben, um Roboterglieder mit ihren Gedanken zu manipulieren (siehe Das Gedankenexperiment ). Diese Technologie funktioniert, weil Wissenschaftler das Feuern von Neuronen im motorischen Kortex des Gehirns grob interpretieren und auf Arm- oder Beinbewegungen abbilden können.

Changs Team versucht nun, dasselbe für die Sprache zu tun. Es ist eine kniffligere Aufgabe, zum Teil, weil komplexe Sprache für den Menschen einzigartig ist und die Technologie nicht einfach an Tieren getestet werden kann.

An der UCSF führte Chang Sprachexperimente im Zusammenhang mit Gehirnoperationen durch, die er an Epilepsiepatienten durchführt. Ein Elektrodenblatt, das unter den Schädeln der Patienten platziert wird, zeichnet die elektrische Aktivität von der Oberfläche des Gehirns auf. Patienten tragen das als Elektrokortikographie-Array bezeichnete Gerät mehrere Tage, damit Ärzte die genaue Quelle von Anfällen lokalisieren können.

Chang hat die Gelegenheit genutzt, die Gehirnaktivität zu untersuchen, während diese Patienten sprechen oder einer Sprache zuhören. In einem Papier in Natur Letztes Jahr beschrieben er und seine Kollegen, wie sie mit dem Elektroden-Array Muster der elektrischen Aktivität in einem Bereich des Gehirns abbilden, der als ventraler sensorischer motorischer Kortex bezeichnet wird, während die Probanden Laute wie bah, dee und goo aussprechen.

Es gibt mehrere Gehirnregionen, die an der Stimmgebung beteiligt sind, aber wir glauben, dass [diese] wichtig für die erlernte, willkürliche Kontrolle der Sprache ist, sagt Chang.

Die Idee ist, die elektrische Aktivität im motorischen Kortex aufzuzeichnen, die sprachbezogene Bewegungen der Lippen, der Zunge und der Stimmbänder verursacht. Durch die mathematische Analyse dieser Muster, so Chang, habe sein Team gezeigt, dass viele wichtige phonetische Merkmale erkannt werden können.

Eine der erschreckendsten Folgen von Krankheiten wie ALS ist, dass die Menschen mit fortschreitender Lähmung nicht nur die Bewegungsfähigkeit, sondern auch die Sprachfähigkeit verlieren. Einige ALS-Patienten verwenden Geräte, die Restbewegungen nutzen, um zu kommunizieren. In Hawkings Fall verwendet er eine Software, mit der er Wörter sehr langsam buchstabieren kann indem er mit der Wange zuckte . Andere Patienten verwenden Eyetracker, um eine Computermaus zu bedienen.

Die Idee, eine Gehirn-Maschine-Schnittstelle zu verwenden, um eine nahezu konversationsnahe Sprache zu erreichen, wurde bereits früher vorgeschlagen, insbesondere von Neuronale Signale , ein Unternehmen, das seit den 1980er Jahren eine Technologie testet, die mit einer einzigen Elektrode direkt aus dem Gehirn von Menschen mit Locked-in-Syndrom aufzeichnet. Im Jahr 2009 beschrieb das Unternehmen Bemühungen, die Sprache von a . zu entschlüsseln 25-jähriger gelähmter Mann der sich überhaupt nicht bewegen oder sprechen kann (siehe Eine Prothese für die Sprache).

Andere lernen , erschienen dieses Jahr von Marc slutzky an der Northwestern University versuchten, Signale aus dem motorischen Kortex zu entschlüsseln, indem Patienten Wörter mit allen 39 englischen Phonemen (Konsonanten- und Vokallaute, aus denen Sprache besteht) laut vorlasen. Das Team identifizierte Phoneme mit einer durchschnittlichen Genauigkeit von 36 Prozent. In der Studie wurden die gleichen Arten von Oberflächenelektroden verwendet, die Chang verwendet hat.

Slutzky sagt, dass diese Genauigkeit, obwohl sie gering erscheinen mag, mit einer relativ kleinen Stichprobe von Wörtern erreicht wurde, die in einer begrenzten Zeit gesprochen wurden. Wir erwarten, dass wir in Zukunft eine viel bessere Dekodierung erreichen werden, sagt er. Spracherkennungssoftware könnte auch helfen zu erraten, welche Wörter die Leute sagen wollen, sagen Wissenschaftler.

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