واجهة حاسوب تعيد القدرة على الكلام لمريض التصلب الجانبي الضموري

كشف باحثون عن ابتكار واجهة جديدة للربط بين الدماغ والحاسوب تم تطويرها في مركز جامعة كاليفورنيا في ديفيس بالولايات المتحدة الأميركية تقوم بترجمة إشارات الدماغ إلى كلام بدقة تصل إلى 97%، وتمنح هذه الواجهة الأمل للمرضى المصابين باضطرابات عصيبة تمنعهم من الحديث من خلال معرفة ما يريدون قوله ونقله إلى من حولهم.

قام الباحثون في الدراسة التي نُشرت عن هذا العمل في مجلة نيو إنغلاند الطبية في 14 أغسطس/آب الحالي بزرع أجهزة استشعار في دماغ رجل يعاني من ضعف شديد في النطق بسبب التصلب الجانبي الضموري. تمكن الرجل من إيصال الكلام الذي كان ينوي قوله خلال دقائق من تفعيل النظام.

يرجح أن تقلص حجم الدماغ يعود إلى فترة الذروة الجليدية الأخيرة قبل نحو 17 ألف سنة (غيتي)
مرض التصلب الجانبي الضموري يؤدي تدريجيا إلى فقدان القدرة على الوقوف والمشي واستخدام اليدين (غيتي)
التصلب الجانبي الضموري
يؤثر التصلب الجانبي الضموري، المعروف أيضا باسم مرض لو غيريغ، على الخلايا العصبية التي تتحكم في الحركة في جميع أنحاء الجسم. يؤدي المرض تدريجيا إلى فقدان القدرة على الوقوف والمشي واستخدام اليدين، كما قد يتسبب في فقدان السيطرة على العضلات المستخدمة في الكلام، ليؤدي ذلك إلى فقدان القدرة على النطق الواضح.

تم تطوير هذه التكنولوجيا الجديدة لمنح القدرة على التواصل للأشخاص الذين لا يستطيعون التحدث بسبب الشلل أو الحالات العصبية مثل التصلب الجانبي الضموري. ويمكن للتكنولوجيا الجديدة تفسير إشارات الدماغ عندما يحاول المستخدم التحدث وتحويلها إلى نص يُنطق بصوت عال بواسطة الحاسوب.

وقد قال ديفيد براندمان، جراح الأعصاب في جامعة كاليفورنيا والباحث الرئيسي المشارك والمؤلف المشارك في هذه الدراسة والأستاذ المساعد في قسم الجراحة العصبية بجامعة كاليفورنيا في ديفيس والمدير المشارك لمختبر للربط بين الدماغ والأطراف الصناعية، “تقنيتنا للربط بين الدماغ والحاسوب ساعدت رجلا يعاني من الشلل على التواصل مع الأصدقاء والعائلة ومقدمي الرعاية، وتُظهر دراستنا الجهاز الأكثر دقة على الإطلاق لترجمة الكلام”.

الجهاز الجديد يكسر حاجز التواصل
عندما يحاول الشخص التحدث تقوم الواجهة الجديدة بتحويل نشاط الدماغ إلى نص يظهر على شاشة الحاسوب، وبعد ذلك يمكن للحاسوب قراءة النص بصوت عال.

شارك كيسي هاريل، وهو رجل يبلغ من العمر 45 عاما ويعاني من التصلب الجانبي الضموري، في تجربة بوابة الدماغ (BrainGate) السريرية لتطوير هذا النظام. وفي وقت التسجيل، كان هاريل يعاني من ضعف في ذراعيه وساقيه (شلل رباعي)، وكان كلامه صعب الفهم للغاية (خلل النطق) وكان يحتاج إلى مساعدة الآخرين في تفسير كلامه.

وفي يوليو/تموز 2023، قام براندمان بزرع الجهاز التجريبي، فزرع 4 مصفوفات دقيقة من الأقطاب الكهربائية في التلفيف المركزي الأيسر، وهي منطقة في الدماغ مسؤولة عن تنسيق الكلام.

أوضح عالم الأعصاب سيرجي ستافيسكي، الأستاذ المساعد في قسم الجراحة العصبية والمدير المشارك لمختبر جامعة كاليفورنيا للأطراف الصناعية العصبية والباحث الرئيسي المشارك في الدراسة، “نحن فعليا نكتشف محاولتهم لتحريك عضلاتهم والتحدث، نسجل من جزء الدماغ الذي يحاول إرسال هذه الأوامر إلى العضلات، ونستمع إلى تلك الإشارات ونترجم أنماط نشاط الدماغ إلى فونيمات -مثل مقاطع الكلام- ثم إلى الكلمات التي يحاولون قولها”.

تدريب أسرع ونتائج أفضل
على الرغم من التقدم الحديث في تكنولوجيا الربط بين الدماغ والحاسوب، كانت الجهود لتمكين التواصل بطيئة وعرضة للأخطاء. ويعود السبب في ذلك إلى أن برامج تعلم الآلة التي تفسر إشارات الدماغ تحتاج إلى كثير من الوقت والبيانات للعمل.

وقد أوضح براندمان، وفقا لموقع يوريك أليرت، أن أنظمة الربط بين الدماغ والحاسوب السابقة ” كانت تعاني من أخطاء متكررة في الكلمات، جعلت من الصعب على المستخدم أن يحظى بفهمه باستمرار، وكان ذلك عائقا أمام التواصل. كان هدفنا هو تطوير نظام يمكّن الشخص من أن يُفهم عندما يريد التحدث”.

استخدم هاريل النظام في مواقف احتاجت إلى محادثات موجهة وعفوية. وفي كلا الحالتين، كان فك رموز الكلام يحدث في الوقت الفعلي، مع تحديثات مستمرة للنظام للحفاظ على دقته.

عُرضت الكلمات المفككة على شاشة، ونطقت الكلمات بشكل مذهل بصوت يشبه صوت هاريل قبل أن يصاب بالتصلب الجانبي الضموري. وتم تكوين هذا الصوت باستخدام برامج مدربة بعينات صوتية موجودة من صوته قبل المرض.

استغرق النظام 30 دقيقة لتحقيق دقة بنسبة 99.6% مع مفردات تضم 50 كلمة في أول جلسة تدريب للبيانات الصوتية.

قال ستافيسكي “عندما جربنا النظام أول مرة، بكى من الفرح عندما ظهرت الكلمات التي كان يحاول قولها بشكل صحيح على الشاشة. كلنا بكينا”.

في الجلسة الثانية، توسع حجم المفردات المحتملة إلى 125 ألف كلمة. ومع ساعة إضافية فقط من بيانات التدريب، حقق النظام دقة بنسبة 90.2% مع هذه المفردات المتزايدة كثيرا. وبعد جمع مزيد من البيانات، حافظ النظام على دقة بنسبة 97.5%.

وقال براندمان “في هذه المرحلة، يمكننا فك رموز ما يحاول كيسي قوله بشكل صحيح بنسبة 97% تقريبا، وهو أفضل من العديد من التطبيقات التجارية المتاحة التي تحاول تفسير صوت الشخص، هذه التقنية ستحدث نقلة نوعية لأنها توفر الأمل للأشخاص الذين يريدون التحدث، ولكنهم لا يستطيعون. آمل أن تساعد هذه التقنية من تقنيات الربط بين الدماغ والحاسوب في المستقبل المرضى على التحدث مع عائلاتهم وأصدقائهم”.