Úterý 3. srpna 2021, svátek má Miluše
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet

Lidovky.cz

Věda

Stroje se učí číst myšlenky. Ochrnutým lidem by metoda mohla výrazně pomoci

Psaní řízené myšlenkou foto: Lidové noviny

Vědci naučili počítač přečíst mozkové signály řídící jemné pohyby ruky. Když si člověk představí, že píše, počítač písmena zobrazí. Systém usnadní komunikaci ochrnutým pacientům.
  5:00

Francouzskému novináři Jeanu-Dominiqueovi Baubymu bylo třiačtyřicet, když před Vánoci roku 1995 po těžké mozkové mrtvici kompletně ochrnul. Nemohl mluvit, se světem komunikoval jen mrkáním levého oka. O zkušenost člověka s tzv. syndromem uzamčení, kdy je dokonale fungující mozek uvězněn v ochrnutém těle, se Bauby podělil se světem v autobiografickém románu Skafandr a motýl. Ošetřovatelka Claude Mendibilová četla ochrnutému novináři abecedu a ten jí mrknutím oka signalizoval, když došla ke správnému písmeni.

Bauby tak písmenko po písmenku „namrkal“ bestseller, podle kterého vznikl i film oceněný Zlatým glóbem a Césarem. „Představme si, co by Bauby dokázal, kdyby měl k dispozici Frankovo zařízení,“ komentoval neurochirurg Jaimie Henderson ze Stanfordovy univerzity průlomovou studii týmu Franka Willetta z Howard Hughes Medical Institutu, zveřejněnou nedávno vědeckým časopisem Nature.

Lidem ochrnutým v důsledku nemoci či úrazu se vědci snaží už delší dobu pomoci prostřednictvím zařízení označovaných jako „brain-computer interface“ čili BCI. Využívají toho, že i když se lidé nemohou hýbat, jejich mozková centra řídící pohyb jsou stále funkční.

Stačí, aby si pacient představil pohyb ruky, a v příslušné části mozku se mu „nažhaví“ neurony podobně, jako kdyby rukou opravdu pohnul. Vědci tyto nervové impulzy zachytí a pošlou je do počítače.

Ten je speciálním softwarem „rozluští“ a převede do povelu pro nějaké jiné zařízení. Ochrnutí pacienti tak mohou například ovládat domácí spotřebiče. Dokážou si rozsvítit, nastavit topení, pustit televizi a vybrat na ní program.

V jednom projektu ovládali ochrnutí dobrovolníci prostřednictvím BCI robotickou ruku. Ještě pokročilejší systém převádí aktivitu neuronů v pohybovém centru mozku na stimuly zaváděné elektrodami do svalů ruky. Tyto impulsy nahradí chybějící vzruchy nervů a uvedou ochrnutou končetinu do pohybu.

Počítač zapisuje myšlenky

BCI zařízení pomáhají s komunikací. Ochrnutý člověk s jejich pomocí pohybuje na monitoru počítače kurzorem a volí tak jednotlivá písmena a znaky. Dokáže napsat až čtyřicet znaků za minutu. Vědci se také pokoušejí těžce ochrnutým lidem dekódovat aktivity neuronů v řečových centrech a převést je do mluveného slova hlasovým syntezátorem. Slovník těchto zařízení je ale zatím omezený na pár desítek slov.

Franka Willetta napadlo, že mnohem snáze by si počítače poradily s luštěním aktivity mozku při psaní. Při realizaci tohoto nápadu spojil síly s týmem projektu BrainGate2, který už dlouhou dobu vyvíjí systém elektrod pro detailní snímání aktivity neuronů v mozku.

V současnosti získávají BCI informace o aktivitě neuronů v příslušných mozkových centrech dvěma způsoby.

Některé týmy se snaží postihnout dění v mozku prostřednictvím elektrod přiložených ke kůži hlavy. Tento systém má ale nízkou citlivost. Tým BrainGate2 proto vsází na elektrody voperované do mozku, které zachytí i aktivitu jednotlivých neuronů.

Willett získal pro spolupráci pětašedesátiletého muže, který po poranění míchy ochrnul od krku dolů. Pacient netrpí syndromem uzamčení. Může mluvit a to Willettovi jeho průkopnický počin výrazně ulehčilo. Dobrovolník si nejprve představoval, že přepisuje text z předlohy.

Vědci mu přitom snímali aktivitu dvou mozkových center zodpovědných za řízení jemných pohybů pravé ruky. Výsledky měření zpracovali s využitím umělé inteligence a vyvodili tak pravidla, na jejichž základě lze z aktivity neuronů vyčíst záměr pacienta napsat konkrétní písmeno. Celkem dokáže Willettovo BCI identifikovat dvacet šest malých písmen latinské abecedy a k tomu ještě pět dalších znaků.

Některá písmena, např. „v“ a „u“, jsou si podobná a BCI s nimi může mít potíže. Systém Franka Willetta přesto dosáhl spolehlivosti 94,1 %. Když vědci do systému přidali automatickou korekci pravopisu, stoupla spolehlivost přepisu myšleného textu na neuvěřitelných 99,1 %. Dobrovolník dokázal napsat za minutu 90 znaků, tedy více než dvojnásobek ve srovnání se systémy využívajícími volbu písmen pohybem kurzoru na monitoru.

Plány do budoucna

„Tahle technologie by mohla významně pomoci lidem s nejrůznějšími typy postižení. Jde sice o pilotní studii, ale přinesla obrovský pokrok na poli BCI. Jestliže BCI charakterizujeme jako zařízení měnící myšlenky v akce, pak tohle je perfektní ukázka. Zařízení dekóduje myšlenky na psaní a samo pak píše,“ komentuje studii z Nature odborník na BCI Jose Carmena z Kalifornské univerzitě v Berkeley.

Optimismem nešetří ani další experti. Willett nepoužil při vývoji algoritmu nejvýkonnější umělou inteligenci. Amy Osbornová z Washingtonské univerzity v americkém Seattlu proto v komentáři pro Nature vyjádřila přesvědčení, že Willettův systém zvládne i mnohem složitější úkoly.

Willett sám přiznává, že rozlišování mozkových signálů pro psaní malých písmen latinky je pro počítač snadné. Jiné systémy písma, jako jsou např. čínské znaky nebo písmo Tamilů z Indie a Šrí Lanky s 247 velmi podobnými písmeny, by zřejmě byly pro Willettovo BCI příliš tvrdý oříšek. V nejbližší době chtějí vědci rozšířit svůj systém o velká písmena a číslice. Připravují také první testy s pacienty se syndromem uzamčení.

Autor:

LETNÍ SOUTĚŽ: Sdílejte svoje tipy na výlety i ve 4. týdnu a hrajte o krásné ceny
LETNÍ SOUTĚŽ: Sdílejte svoje tipy na výlety i ve 4. týdnu a hrajte o krásné ceny

Vítejte ve 4. týdnu letní soutěže. I v tomto týdnu vkládejte svoje tipy na výlety s dětmi, hodnoťte výlety ostatním a vyhrajte jednu z 10 týdenních...

Mohlo by vás zajímat