Вчені розшифрували приховані мовні сигнали мозку

Вчені розробляють інтерфейс мозок-комп’ютер, щоб допомогти пацієнтам з афазією Брока відновити мову.

• Афазія Брока виникає, коли пошкодження лобової частки порушує здатність людини говорити те, що вона має намір, навіть якщо вона знає, що хоче висловити.
• Вчені вперше ідентифікували ділянки мозку за межами лобової частки — зокрема, у скроневій і тім’яній корі — які беруть участь у намірі говорити.
• Це відкриття має вирішальне значення для розробки інтерфейсу мозок-комп’ютер (BCI), гарантуючи, що лише запланована мова декодується, захищаючи приватні думки, які не призначені для виголошення.

Втрачено для слів: боротьба з афазією Брока

Уявіть, що ви бачите пухнастого чотирилапого, який нявкає. Подумки ви знаєте, що це таке, але слово «кіт» застрягло на кінчику язика. 

Це явище, відоме як афазія Брока або експресивна афазія, є розладом мови, який впливає на здатність людини говорити або писати. У той час як нинішнім лікуванням є логопедія, вчені з Північно-Західного університету працюють над іншим, можливо, більш ефективним методом: використання інтерфейсу мозок-комп’ютер (BCI) для перетворення сигналів мозку в вимовлені слова.

Першим кроком у цьому процесі є визначення того, звідки в мозку BCI повинен записуватись, щоб декодувати чиюсь передбачувану мову.

Зараз пристрої BCI використовуються лише для людей з паралічем внаслідок БАС або інсульту в стовбурі мозку, через що вони не можуть рухатися або спілкуватися. У цих пацієнтів BCI записують сигнали від лобової частки. Але афазія Брока, яка найчастіше вражає людей після інсульту або пухлини головного мозку, є наслідком пошкодження лобової частки мозку, де обробляється мова та частини мови. Отже, щоб допомогти пацієнтам з афазією Брока, вченим, ймовірно, знадобиться записати сигнали з інших областей мозку.

Проривне відкриття: мовленнєвий намір у нових областях мозку

У новому дослідженні вчені Північно-Західної медицини вперше ідентифікували конкретні ділянки мозку за межами лобової частки — у скроневій і тім’яній корі — які беруть участь у намірі промовляти. Це відкриває можливість одного разу використовувати BCI для лікування афазії Брока. 

«Це невеликий, але необхідний крок», — сказав автор-кореспондент д-р Марк Слуцкі, професор неврології та нейронауки Школи медицини Фейнберга Північно-Західного університету. «Ми показали, що ці нефронтальні області справді містять інформацію про чийсь намір висловити мову, що дозволило нам розрізнити, коли вони збираються говорити від того, коли вони не говорять або просто думають про те, що вони не хочуть говорити вголос».

Дослідження буде опубліковано сьогодні (13 лютого) в  Journal of Neural Engineering.

Етичні міркування: декодування думок проти мовлення

Ці ранні висновки допоможуть вченим, коли вони врешті-решт розроблять BCI для пацієнтів з афазією Брока, щоб визначити, чи пов’язана чиясь інформація, пов’язана з промовою, з продукуванням мови чи сприйняттям мови (включаючи розуміння).

«Важливо не розшифровувати думки користувача, які не призначені для виголошення вголос, як з практичних причин, так і з етичних проблем, які це може спричинити», — сказав Слуцкі. 

Дослідження проводилося на пацієнтах без мовного дефіциту

Хоча мета полягає в тому, щоб одного разу попрацювати з пацієнтами з афазією, це дослідження проводилося за участю пацієнтів, які не мали мовного дефіциту.  Вчені зафіксували електричні сигнали з поверхні кори у дев’яти пацієнтів (у Північно-західній меморіальній лікарні) з епілепсією або пухлинами головного мозку. Електродні матриці або імплантували людям з епілепсією в рамках моніторингу нападів перед операцією, або тимчасово розміщували на мозку в операційній, у той час як пацієнти з пухлинами проходили операцію на головному мозку та картування у стані неспання.

Потім пацієнти або читали слова вголос з монітора, або мовчали (у спокої), поки дослідники записували сигнали їхнього мозку (так звані електрокортикографія або ECoG).  Наступним кроком у цьому дослідженні буде розшифровка того, що насправді сказали ці пацієнти.