Imaginaţi-vă că un pacient complet paralizat reuşeşte să comunice cu familia sa în timp real, cu intonaţie şi accent coresponzător, şi poate chiar să fredoneze o melodie, nu cu ajutorul computerului sau al ecranului tactil, ci doar prin puterea gândului. O nouă tehnologie inovatoare, dezvoltată la UC Davis, transformă această fantezie în realitate clinică, oferind o rază de speranţă pentru pacienţii cu boli neurologice severe, cum este scleroza laterală amiotrofică (SLA).
O echipă de cercetători de la University of California - Davis Health a dezvoltat o interfaţă creier-computer (BCI) experimentală care promite să redea vocea persoanelor care şi-au pierdut capacitatea de a vorbi din cauza unor afecţiuni neurologice.
Un recent studiu publicat în revista ştiinţifică Nature arată cum această tehnologie poate transforma activitatea cerebrală în voce în timp ce o persoană încearcă să vorbească, simulând practic funcţiile esenţiale ale aparatului vocal uman.
Sistemul a permis unui participant diagnosticat cu scleroză laterală amiotrofică să „vorbească” printr-un computer în timp real cu familia sa, să îşi modifice intonaţia şi să „cânte” melodii simple.
El este înscris în studiul clinic BrainGate2 derulat la UC Davis Health.
„Traducerea activităţii neuronale în text, aşa cum făcea versiunea anterioară a interfeţei noastre, este comparabilă cu trimiterea unui mesaj. E un progres faţă de tehnologiile de asistenţă standard, dar conversaţia era încă întârziată. În comparaţie, această sinteză vocală în timp real este mai apropiată de un apel vocal”, a explicat prof. Sergey Stavisky, autor principal al studiului şi profesor asistent în cadrul Departamentului de Chirurgie Neurologică de la UC Davis, citat într-un comunicat.
„Prin sinteza vocală instantanee, utilizatorii neuroprotezei vor putea participa mai activ în conversaţii, iar ceilalţi vor avea mai puţine şanse să-i întrerupă din greşeală”, a adăugat profesorul.
Comunicarea pacientului prin computer este posibilă datorită unei interfeţe creier-computer experimentale, formată din patru microelectrozi implantaţi chirurgical în zona cerebrală responsabilă de producerea vorbirii.
Aceste dispozitive înregistrează activitatea neuronilor şi trimit semnalele către computere care interpretează şi reconstruiesc vocea.
„Principala dificultate în realizarea sintezei vocale în timp real consta în incapacitatea de a identifica cu acurateţe momentul în care persoana intenţiona să înceapă să vorbească şi maniera în care aceasta dorea să formuleze sunetele”, explică Maitreyee Wairagkar, autoarea principală a studiului.
Algoritmii inteligenţi corelează activitatea neuronală cu sunetele pe care persoana intenţionează să le producă în timp real. Această abordare permite redarea fidelă a nuanţelor vorbirii şi conferă utilizatorului posibilitatea de a controla ritmul propriei voci sintetizate.
Interfaţa creier-computer a reuşit să convertească semnalele neuronale în expresie vocală perceptibilă, redată printr-un difuzor, cu o întârziere de numai 25 de milisecunde, un interval comparabil cu latenţa naturală resimţită atunci când o persoană îşi percepe propria voce.
Tehnologia a permis participantului să rostească şi cuvinte noi (necunoscute anterior de sistem), să intervină în conversaţie şi să-şi schimbe intonaţia pentru a pune întrebări sau pentru a accentua anumite cuvinte.
De asemenea, a reuşit să varieze tonul vocii pentru a cânta melodii simple.
Vocea sintetizată de sistem a fost, în mare parte, percepută clar: ascultătorii au reuşit să recunoască corect aproximativ 60% dintre cuvintele generate, în contrast cu doar 4% în absenţa utilizării interfeţei creier-computer (BCI).
Rolul algoritmilor avansaţi de inteligenţă artificială (AI)
Transpunerea activităţii cerebrale în expresie vocală generată artificial este posibilă datorită unor algoritmi avansaţi de AI.
Aceştia au fost antrenaţi pe date obţinute în timp ce participantul era rugat să încerce să rostească anumite propoziţii afişate pe ecran. Astfel, cercetătorii au putut corela tiparele de activitate neuronală cu sunetele pe care pacientul încerca să le genereze, permiţând reconstruirea vocii doar din semnalele cerebrale.
„Vocea este o parte esenţială a identităţii noastre. Pierderea capacităţii de a vorbi este devastatoare pentru persoanele cu afecţiuni neurologice”, a menţionat dr. David Brandman, neurochirurg şi directorul Laboratorului de Neuroprostetică al UC Davis.
„Rezultatele cercetării noastre oferă speranţă celor care nu pot vorbi. Am demonstrat cum un bărbat paralizat a fost capabil să comunice printr-o versiune sintetizată a propriei voci. Această tehnologie ar putea transforma viaţa persoanelor cu paralizie”, a completat el.
Deşi promiţătoare, această tehnologie se află încă într-o fază incipientă.
O limitare semnificativă a studiului constă în faptul că testarea s-a realizat pe un singur participant diagnosticat cu scleroză laterală amiotrofică.
Pentru validarea rezultatelor aplicaţiei, este necesară reproducerea acestora într-un eşantion extins de participanţi, incluzând şi persoane cu afazii de origine diferită, precum cele survenite în urma unui AVC (accident vascular cerebrale).
Procesul de recrutare pentru studiul BrainGate2 este în desfăşurare.
Foto articol: Sistemul BCI. Credit: UC Davis Health, 11 iunie 2025.
