Τεχνητή νοημοσύνη: Πώς βελτιώθηκε η ομιλία σε ασθενή με αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση

Η απώλεια των κινητικών νευρώνων στην Αμυοτροφική Πλευρική Σκλήρυνση (ALS) προκαλεί στους ασθενείς σταδιακή απώλεια των κινητικών τους δεξιοτήτων. Αυτό περιλαμβάνει και την ικανότητα άρθρωσης και ομιλίας.

Σε έναν 45χρονο ασθενή που έπασχε από ALS για 5 χρόνια, η δυσαρθρία είχε προχωρήσει σε τέτοιο βαθμό που οι άνθρωποι γύρω του δεν μπορούσαν πλέον να τον καταλάβουν.

Ο ρυθμός ομιλίας του είχε επίσης πέσει στις 6,8 λέξεις ανά λεπτό - αντί για τις συνήθεις 160 λέξεις ανά λεπτό ενός αγγλόφωνου ατόμου.

Ο τετραπληγικός ασθενής μπορούσε να επικοινωνήσει μόνο πληκτρολογώντας αργά λέξεις στην οθόνη με ταχύτητα 6,3 λέξεων ανά λεπτό χρησιμοποιώντας ένα γυροσκοπικό ποντίκι που μετέδιδε τις κινήσεις του κεφαλιού του σε έναν κέρσορα.

Τον Ιούλιο του περασμένου έτους έλαβε μια διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή.

Νευροχειρουργοί στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Ντέιβις άνοιξαν την κορυφή του κρανίου του με μια τρυπάνι 5x5 cm και τοποθέτησαν 4 συστοιχίες μικροηλεκτροδίων στις μήνιγγες ακριβώς πάνω από την αριστερή προκεντρική έλικα.

Αυτό έγινε στο σημείο όπου τα κινητικά σήματα στέλνονται στους μύες των χειλιών, της γνάθου, της γλώσσας και του λάρυγγα.

Αυτές οι συνδέσεις γίνονται μέσω των κινητικών νευρώνων, οι οποίοι σταδιακά πεθαίνουν στην ALS.

Αντ' αυτού, τα σήματα του ασθενούς συλλέγονταν από τα 256 ηλεκτρόδια των 4 συστοιχιών και μεταδίδονταν ασύρματα σε έναν υπολογιστή. Ο υπολογιστής ανέλυσε τα σήματα EEG και χρησιμοποίησε ειδικό λογισμικό για να αναγνωρίσει τους προβλεπόμενους ήχους.

Αυτοί εμφανίζονταν σε μια οθόνη του υπολογιστή και εξάγονταν ακουστικά μέσω ενός ηχείου - όπου το λογισμικό χρησιμοποιούσε την προηγούμενη φωνή του ασθενούς, την οποία είχε καταγράψει από προηγούμενες ηχογραφήσεις.

Η μετατροπή των σημάτων στη φωνή που παρήγαγε ο υπολογιστής γινόταν σχεδόν σε πραγματικό χρόνο, έτσι ώστε ο ασθενής να μπορεί να μιλάει σχεδόν άπταιστα με ορισμένες παύσεις μεταξύ των λέξεων.

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που παρουσίασε η ομάδα του David Brandman, η καμπύλη εκμάθησης ήταν εκπληκτικά ανοδική. Την πρώτη κιόλας ημέρα χρήσης (25 ημέρες μετά την επέμβαση), η νευροπρόθεση ομιλίας πέτυχε ακρίβεια 99,6 % με ένα λεξιλόγιο 50 λέξεων. Το λογισμικό χρειάστηκε να βαθμονομηθεί μόνο για 30 λεπτά.

ALS: Εντοπίζοντας τις ρίζες με μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης

Τη δεύτερη ημέρα, μετά από άλλες 1,4 ώρες εκπαίδευσης του συστήματος, η νευροπρόθεση πέτυχε ακρίβεια 90,2% με λεξιλόγιο που πλέον αποτελείται από 125.000 λέξεις.

Στους επόμενους 8,4 μήνες, η ακρίβεια του λογισμικού αυξήθηκε στο 97,5 % μέσω περαιτέρω εκπαιδευτικών συνεδριών. Σύμφωνα με τον Brandman, ο ασθενής το έχει χρησιμοποιήσει για πάνω από 248 ώρες μέχρι στιγμής, επιτυγχάνοντας ταχύτητα περίπου 32 λέξεων ανά λεπτό - σημαντικά μεγαλύτερη από ό,τι με το γυροσκοπικό ποντίκι.

Η ανάπτυξη της νευροπρόθεσης ομιλίας έχει σημειώσει εκπληκτική πρόοδο τα τελευταία χρόνια από τότε που μια ομάδα με επικεφαλής τον Edward Chang από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Σαν Φρανσίσκο ανέφερε για πρώτη φορά την κλινική της χρήση πριν από τέσσερα χρόνια.

Εκείνη την εποχή, ένας ασθενής με πλήρη έλλειψη άρθρωσης είχε λάβει μια συστοιχία με 128 ηλεκτρόδια.

Μετά από μια μακρά καμπύλη εκμάθησης, πέτυχε τελικά ταχύτητα 15,2 λέξεων ανά λεπτό με ποσοστό σφάλματος 25,6 %.

Εν τω μεταξύ, η ομάδα του Chang πέτυχε ταχύτητα 78 λέξεων ανά λεπτό με μεγαλύτερη συστοιχία και βελτιωμένο λογισμικό, αν και το ποσοστό σφάλματος παραμένει υψηλό στο 25%.