שתל עצבי מאפשר לאדם משותק להקליד על ידי דמיון בכתיבה

Neuralink של אילון מאסק היה לעשות גלים בצד הטכנולוגי של שתלים עצביים, אבל זה עדיין לא הראה כיצד אנו עשויים להשתמש בשתלים בפועל. לעת עתה, הוכחת ההבטחה לשתלים נותרה בידי הקהילה האקדמית.

השבוע סיפקה הקהילה האקדמית דוגמה מרשימה למדי להבטחה של שתלים עצביים. באמצעות שתל, אדם משותק הצליח להקליד בערך 90 תווים בדקה פשוט על ידי דימיון שהוא כותב את הדמויות האלה ביד.

לחלום זה לעשות

ניסיונות קודמים לספק יכולות הקלדה לאנשים משותקים באמצעות שתלים כללו הענקת מקלדת וירטואלית לנבדקים ולתת להם לתמרן סמן במוחו. התהליך יעיל אך איטי, והוא דורש את מלוא תשומת הלב של המשתמש, שכן על הנבדק לעקוב אחר התקדמות הסמן ולקבוע מתי לבצע את המקבילה ללחיצת מקש. זה גם דורש מהמשתמש להשקיע זמן כדי ללמוד כיצד לשלוט במערכת.

אבל יש עוד דרכים אפשריות להוציא דמויות מהמוח ואל הדף. איפשהו בתהליך החשיבה שלנו בכתיבה, אנו יוצרים את הכוונה להשתמש בדמות מסוימת, ושימוש בשתל כדי לעקוב אחר הכוונה הזו עשוי לעבוד. למרבה הצער, התהליך אינו מובן במיוחד.

במורד הכוונה הזו, החלטה מועברת לקורטקס המוטורי, שם היא מתורגמת לפעולות. שוב, יש שלב כוונה, שבו הקורטקס המוטורי קובע שהוא יהווה את האות (על ידי הקלדה או כתיבה, למשל), אשר מתורגמת לאחר מכן לתנועות השריר הספציפיות הנדרשות לביצוע פעולה. תהליכים אלה מובנים הרבה יותר, והם מה שצוות המחקר כיוון לעבודתם החדשה.

באופן ספציפי, החוקרים הניחו שני שתלים בקורטקס הפרה-מוטורי של אדם משותק. אזור זה נחשב כמעורב ביצירת הכוונות לביצוע תנועות. לתפוס את הכוונות האלה הרבה יותר סביר לייצר איתות ברור מאשר לתפוס את התנועות עצמן, שסביר להניח מורכב (כל תנועה כוללת שרירים מרובים) ותלויים בהקשר (היכן היד שלך נמצאת ביחס לדף שאתה כותב עליו, וכו.).

כשהשתלים נמצאים במקום הנכון, החוקרים ביקשו מהמשתתף לדמיין כתיבת אותיות על דף ותיעדו את הפעילות העצבית תוך כדי.

מה זה היה שוב?

בסך הכל, היו בערך 200 אלקטרודות בקורטקס הפרה-מוטורי של המשתתף. לא כולם היו אינפורמטיביים לכתיבת מכתבים. אבל עבור אלה שהיו, המחברים ביצעו ניתוח רכיבים ראשוני, שזיהה את התכונות של ההקלטות העצביות שהיו שונות ביותר כאשר מדמיינים אותיות שונות. המרת ההקלטות הללו לעלילה דו-ממדית, היה ברור שהפעילות שנראתה בעת כתיבת דמות בודדת תמיד התקבצה יחד. ותווים דומים פיזית - p ו- b, למשל, או h, n ו- r - יצרו צבירים זה ליד זה.

(החוקרים גם ביקשו מהמשתתף לעשות סימני פיסוק כמו פסיק וסימן שאלה והשתמשו ב-> כדי לציין רווח וטילדה למשך תקופה).

בסך הכל, החוקרים גילו שהם יכולים לפענח את הדמות המתאימה בדיוק של קצת מעל 94 אחוז, אך המערכת דרשה ניתוח איטי יחסית לאחר תיעוד הנתונים העצביים. כדי לגרום לדברים לעבוד בזמן אמת, החוקרים אימנו רשת עצבית חוזרת להעריך את ההסתברות לאות המתאים לכל אות.

למרות העבודה עם כמות קטנה יחסית של נתונים (תווים של 242 משפטים בלבד), המערכת עבדה בצורה יוצאת דופן. הפיגור בין המחשבה לדמות המופיעה על המסך היה כחצי שנייה בלבד, והמשתתף הצליח להפיק כ-90 תווים לדקה, עולים בקלות על השיא הקודם בהקלדה מונעת שתלים, שעמד על כ-25 תווים לכל דַקָה. שיעור השגיאות הגולמי היה רק ​​כ-5 אחוזים, והחלת מערכת כמו הקלדה אוטומטית יכולה להוריד את שיעור השגיאה ל-1 אחוז בלבד.

המבחנים כולם נעשו עם משפטים מוכנים. עם זאת, לאחר אימות המערכת, החוקרים ביקשו מהמשתתף להקליד תשובות חופשיות לשאלות. כאן המהירות ירדה מעט (ל-75 תווים בדקה) והשגיאות עלו ל-2 אחוזים לאחר התיקון האוטומטי, אך המערכת עדיין עבדה.

אפילו לא אב טיפוס

כפי שניסחו זאת החוקרים עצמם, זו "עדיין לא מערכת שלמה ובעלת קיימא מבחינה קלינית". להתחיל עם, זה היה בשימוש רק באדם בודד, אז אין לנו מושג עד כמה זה עשוי לעבוד אחרים. האלפבית הפשוט המשמש כאן אינו מכיל ספרות, אותיות גדולות או רוב צורות הפיסוק. והתנהגות השתלים משתנה עם הזמן, אולי בגלל שינויים קלים ביחס לנוירונים שהם קוראים או הצטברות של רקמת צלקת, ולכן היה צורך לכייל מחדש את המערכת באופן קבוע - לפחות פעם בשבוע כדי לשמור על שגיאה נסבלת ציון.

עם זאת, המערכת מציגה הגברת מהירות משמעותית מאוד בהשוואה למערכות קודמות מונעות שתלים, והדיוק די טוב. למערכת יש גם פוטנציאל להיות דומה להקלדת מגע, בכך שמשתמש לא חייב למעשה להתמקד חזותית בייצור מכתבים, מה שמאפשר אינטראקציות נורמליות יותר עם המשתמש הסביבה. בעיית האותיות עשויה להיפתר בחלקה על ידי שימוש באלפבית חלופי שתוכנן על ידי החוקרים, שבו כל האותיות מוגדרות על ידי דפוסי קווים לא דומים. יש כאן הרבה פוטנציאל.

הניסויים גם מספקים תזכורת לפוטנציאל של שתלים אלה באופן כללי יותר ומדוע חברות עשויות להתחיל למצוא את הטכנולוגיה ששווה למסחר.

טֶבַע, 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-03506-2 (לגבי DOIs).