Foto TAU
Een wetenschappelijke doorbraak door onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv en het Sourasky Medisch Centrum van Tel Aviv (Ichilov Ziekenhuis) heeft het potentieel aangetoond voor spraak door een stil persoon die alleen de kracht van het denken gebruikt. In een experiment stelde een stille deelnemer zich voor dat hij een van de twee lettergrepen uitsprak. In zijn hersenen geïmplanteerde diepte-elektroden stuurden de elektrische signalen naar een computer, die vervolgens de lettergrepen uitsprak.
De studie werd geleid door Dr. Ariel Tankus van de School of Medical and Health Sciences van de Universiteit van Tel Aviv en het Tel Aviv Sourasky Medical Center (Ichilov Hospital), samen met Dr. Ido Strauss van de School of Medical and Health Sciences van de Universiteit van Tel Aviv en directeur van het Functionele neurochirurgie-eenheid in het Ichilov-ziekenhuis. De resultaten van dit baanbrekende onderzoek zijn gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Neurosurgery, de officiële publicatie van het Congress of Neurological Surgeons. Deze bevindingen bieden hoop om mensen die volledig verlamd zijn – als gevolg van aandoeningen zoals ALS, hersenstamberoerte of hersenletsel – in staat te stellen weer vrijwillig te kunnen spreken.
“De patiënt in het onderzoek is een epilepsiepatiënt die in het ziekenhuis werd opgenomen om resectie van de epileptische focus in zijn hersenen te ondergaan”, legt Dr. Tankus uit. “Om dit te doen moet je natuurlijk het brandpunt lokaliseren, wat de bron is van de ‘kortsluiting’ die krachtige elektrische golven door de hersenen stuurt. Deze situatie heeft betrekking op een kleinere subgroep van epilepsiepatiënten die niet goed reageren op medicatie en neurochirurgische interventie nodig hebben, en op een nog kleinere subgroep van epilepsiepatiënten bij wie de vermoedelijke focus zich diep in de hersenen bevindt, in plaats van op het oppervlak van de cortex. Om de exacte locatie te identificeren, moeten elektroden in diepe structuren van hun hersenen worden geïmplanteerd. Ze worden vervolgens in het ziekenhuis opgenomen, in afwachting van de volgende aanval. Wanneer er een aanval optreedt, vertellen de elektroden de neurologen en neurochirurgen waar de focus ligt, waardoor ze nauwkeurig kunnen opereren. Vanuit wetenschappelijk perspectief biedt dit een zeldzame kans om een kijkje te nemen in de diepten van een levend menselijk brein. Gelukkig stemde de epilepsiepatiënt die in het ziekenhuis in Ichilov was opgenomen ermee in om deel te nemen aan het experiment, dat uiteindelijk volledig verlamde individuen kan helpen zich weer uit te drukken door middel van kunstmatige spraak.”
In de eerste fase van het experiment, waarbij de diepte-elektroden al in de hersenen van de patiënt waren geïmplanteerd, vroegen de onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv hem om twee lettergrepen hardop uit te spreken: /a/ en /e/. Ze registreerden de hersenactiviteit terwijl hij deze geluiden articuleerde. Met behulp van deep learning en machinaal leren trainden de onderzoekers kunstmatige intelligentiemodellen om de specifieke hersencellen te identificeren waarvan de elektrische activiteit de wens aangaf om /a/ of /e/ te zeggen. Toen de computer eenmaal het patroon van elektrische activiteit had leren herkennen dat verband houdt met deze twee lettergrepen in de hersenen van de patiënt, werd hem gevraagd zich alleen maar voor te stellen dat hij /a/ en /e/ zei. De computer vertaalde vervolgens de elektrische signalen en speelde de vooraf opgenomen geluiden van /a/ of /e/ dienovereenkomstig af.
“Mijn onderzoeksgebied houdt zich bezig met het coderen en decoderen van spraak, dat wil zeggen hoe individuele hersencellen deelnemen aan het spraakproces – de productie van spraak, het horen van spraak en de verbeelding van spraak, of ‘in stilte spreken’.” zegt dr. Tankus. “In dit experiment konden we voor het eerst in de geschiedenis de woordsoorten koppelen aan de activiteit van individuele cellen uit de hersengebieden waarvan we opnamen maakten. Hierdoor konden we onderscheid maken tussen de elektrische signalen die de geluiden /a/ en /e/ vertegenwoordigen. Op dit moment omvat ons onderzoek twee bouwstenen van spraak, twee lettergrepen. Het is uiteraard onze ambitie om tot volledige spraak te komen, maar zelfs twee verschillende lettergrepen kunnen een volledig verlamd persoon in staat stellen 'ja' en 'nee' te signaleren. In de toekomst zal het bijvoorbeeld mogelijk zijn om een computer te trainen voor ALS patiënt in de vroege stadia van de ziekte, terwijl hij of zij nog kan praten. De computer zou de elektrische signalen in de hersenen van de patiënt leren herkennen, waardoor hij deze signalen kan interpreteren, zelfs nadat de patiënt het vermogen verliest om zijn spieren te bewegen. En dat is slechts één voorbeeld. Onze studie is een belangrijke stap in de richting van de ontwikkeling van een brein-computerinterface die de controleroutes van de hersenen voor spraakproductie kan vervangen, waardoor volledig verlamde individuen opnieuw vrijwillig met hun omgeving kunnen communiceren.”
Comments