Live τώρα    
24°C Αθήνα
ΑΘΗΝΑ
Αίθριος καιρός
24 °C
21.7°C26.3°C
2 BF 38%
ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ
Αίθριος καιρός
23 °C
20.6°C24.9°C
3 BF 38%
ΠΑΤΡΑ
Αίθριος καιρός
19 °C
19.4°C24.3°C
2 BF 55%
ΗΡΑΚΛΕΙΟ
Ελαφρές νεφώσεις
21 °C
20.4°C21.6°C
2 BF 64%
ΛΑΡΙΣΑ
Ελαφρές νεφώσεις
22 °C
21.9°C23.5°C
0 BF 37%
Προσθετική ομιλία από εγκεφαλικά σήματα
  • Μείωση μεγέθους γραμματοσειράς
  • Αύξηση μεγέθους γραμματοσειράς
Εκτύπωση

Προσθετική ομιλία από εγκεφαλικά σήματα

Η ανάγκη για συστήματα προσθετικής ομιλίας

Η μετατροπή των εγκεφαλικών σημάτων σε ομιλία είναι κάτι που γίνεται αυθόρμητα στον άνθρωπο. Ο εγκέφαλος ελέγχει μέσω των σημάτων που διαβιβάζονται από τους νευρώνες τα όργανα που παράγουν την ανθρώπινη φωνή, όπως η στοματική κοιλότητα, ο λάρυγγας, κ.λπ. Ωστόσο, υπάρχει μια μεγάλη κατηγορία ανθρώπων δεν έχουν αυτή τη δυνατότητα. Η παράλυση, που μπορεί να οφείλεται σε μια σειρά από παράγοντες, όπως είναι τα εγκεφαλικά, κάποιοι σοβαροί τραυματισμοί και οι νευροεκφυλιστικές νόσοι μπορούν να οδηγήσουν σε αδυναμία εκφοράς λόγου και στο σύνδρομο εγκλεισμού. Στην τελευταία περίπτωση, το άτομο που έχει χάσει τη δυνατότητα να ελέγχει τους μύες του σώματός του, συμπεριλαμβανομένων και αυτών στους οποίους οφείλεται η ομιλία, διατηρεί πλήρως τη συνείδησή του, αλλά δεν είναι σε θέση να επικοινωνήσει με το περιβάλλον. Έρευνες έχουν δείξει ότι τουλάχιστον ένα ποσοστό των ατόμων που βρίσκονται σε κώμα έχουν ώς έναν βαθμό συνείδηση και εγκεφαλικές λειτουργίες, αλλά δεν είναι σε θέση να επικοινωνήσουν με το περιβάλλον.

Με εφαρμογές «ανάγνωσης», αποτύπωσης της σκέψης ή μετατροπής της σε ομιλία θα μπορούσαμε να μάθουμε περισσότερα για τις εγκεφαλικές λειτουργίες των ατόμων που βρίσκονται σε κώμα, παράλυση ή πάσχουν από άνοια, δημιουργώντας διαύλους επικοινωνίας με τους ασθενείς που βρίσκονται σε αυτή την κατάσταση. Ταυτόχρονα, γίνεται μια μεγάλη προσπάθεια να αναπτυχθούν συστήματα προσθετικής φωνής, τα οποία θα δίνουν στα άτομα αυτά τη δυνατότητα να επικοινωνούν με τον ίδιο τρόπο που προσθετικά μέλη υποκαθιστούν ή αντικαθιστούν τις λειτουργίες ενός χαμένου μέλους.

Η τεχνολογία αυτή δεν αφορά μόνο τον τομέα της Υγείας αλλά και τον εμπορικό, αυτό των ψηφιακών εφαρμογών, όπως η μετατροπή των σκέψεων σε γραπτό κείμενο χωρίς τη χρήση πληκτρολογίου, και γι’ αυτόν τον λόγο χρηματοδοτείται και από τις εταιρείες στις οποίες ανήκουν γνωστά μέσα κοινωνικής δικτύωσης.

Από τη σκέψη στην ομιλία

Πώς όμως μπορούμε να μετατρέψουμε τη σκέψη σε ομιλία;

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος αποτελείται από δεκάδες δισεκατομμύρια ειδικά διαμορφωμένα κύτταρα, τους νευρώνες, οι οποίες σχηματίζουν ένα πολύπλοκο και συνεχώς μεταβαλλόμενο δίκτυο. Μέσω των νευρώνων διαβιβάζονται τα ηλεκτρικά σήματα που μεταφέρουν τις πληροφορίες που απαιτούνται ώστε να ελέγχονται ολόκληρο το ανθρώπινο σώμα και οι λειτουργίες του. Η επικοινωνία του εγκεφάλου με τον έξω κόσμο γίνεται με τη βοήθεια των αισθήσεων και τη λεκτική και μη λεκτική επικοινωνία. Οι αισθήσεις τροφοδοτούν τον εγκέφαλο με ερεθίσματα, ενώ με τη λεκτική και μη λεκτική επικοινωνία εξωτερικεύουμε τις σκέψεις μας. Με τη βοήθεια αυτής της απλουστευμένης μηχανιστικής περιγραφής μπορούμε να αντιληφθούμε ότι κάθε λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου αντιστοιχεί σε ηλεκτρικά σήματα που μεταφέρονται από τους νευρώνες.

Αυτή η ηλεκτρική δραστηριότητα του εγκεφάλου μπορεί να μετρηθεί και να απεικονιστεί με τη βοήθεια του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (EEG, electroencephalography). Μια σειρά από ηλεκτρόδια τοποθετούνται με συγκεκριμένο τρόπο στο κεφάλι, με αποτέλεσμα να είναι δυνατή η μέτρηση διαφόρων ηλεκτρικών σημάτων, τα οποία οφείλονται στα πολύ ασθενή ηλεκτρικά σήματα που διατρέχουν τους νευρώνες. Οι απαρχές της μεθόδου τοποθετούνται στα μέσα του 19ου αιώνα, ενώ από τα μέσα του 20ού αιώνα άρχισε να εδραιώνεται ως ερευνητικό και ιατρικό εργαλείο.

Η ίδια η μέτρηση των ηλεκτρικών σημάτων που συνδέονται με τις σκέψεις, τις μνήμες κ.λπ. είναι μια πολύ δύσκολη διαδικασία, καθώς τα σήματα αυτά είναι πολύ ασθενή και συχνά ο ηλεκτρικός θόρυβος των συσκευών που χρησιμοποιούνται είναι πολύ ισχυρότερος. Για την αποκωδικοποίηση των σημάτων αυτών και την αντιστοίχισή τους σε ερεθίσματα ή πράξεις, όπως η ομιλία, συνήθως επιστρατεύονται μέθοδοι Τεχνητής Νοημοσύνης (A.I., Artificial Intelligence), οι οποίες είναι ιδανικές στο να εντοπίζουν μοτίβα σε πολύπλοκες και τεράστιες σε πλήθος μετρήσεις. Οι μέθοδοι αυτές συνίστανται από μια σειρά αλγόριθμων οι οποίοι μπορούν να «εκπαιδευτούν» να διακρίνουν και να κατατάσσουν σε κατηγορίες τα πολύπλοκα μοτίβα που εμφανίζονται στη φύση, όπως τα μοτίβα των ηλεκτρικών σημάτων του εγκεφάλου. Το σημαντικό στην προκειμένη περίπτωση είναι ότι οι αλγόριθμοι αυτοί μπορούν να εκπαιδευτούν από τις ίδιες τις μετρήσεις, χωρίς απαραίτητα να γνωρίζουμε από πριν το μοντέλο που περιγράφει τις συγκεκριμένες νοητικές λειτουργίες.

Η προσθετική ομιλία στηρίζεται στα ονομαζόμενα συστήματα διεπαφής εγκεφάλου-ηλεκτρονικού υπολογιστή, ένας όρος που περιγράφει γενικώς τα συστήματα που μεταφράζουν εγκεφαλικά μοτίβα σε κείμενα ή ομιλία.

Η πρόκληση στην περίπτωση της προσθετικής ομιλίας είναι πώς θα αντιστοιχιστούν τα μοτίβα των ηλεκτρικών σημάτων σε κατανοητές φράσεις. Η αντιστοίχιση αυτή θα πρέπει να αφορά γενικά την εγκεφαλική λειτουργία όλων των ανθρώπων και όχι μόνο του ατόμου που εξετάζεται, ώστε να μπορεί να παραχθεί μια συσκευή ή σύστημα προσθετικής ομιλίας που να μπορεί να χρησιμοποιήσει οποιοσδήποτε. Επιπλέον, μια άλλη σημαντική παράμετρος των μεθόδων είναι το κατά πόσο αυτή θα στηρίζεται σε εμφυτεύματα ή όχι, δηλαδή κατά πόσο θα απαιτείται εγχείρηση ή θα μπορεί το άτομο να φέρει απλώς κάποιον εξοπλισμό εξωτερικά. Οι διάφορες μέθοδοι που έχουν δοκιμαστεί κατά καιρούς ποικίλλουν ως προς τη ροή του λόγου και την ταχύτητα τους, αλλά κανένα από αυτά δεν προσεγγίζει ακόμα τη φυσική ομιλία.

Το παράδειγμα του Hawking

Ο μεγάλος κοσμολόγος και θεωρητικός φυσικός Stephen Hawking ήταν ίσως το διασημότερο παράδειγμα ατόμου με προσθετική ομιλία. Ο Stephen Hawking εμφάνισε νωρίς, από τα φοιτητικά του χρόνια, τα συμπτώματα της αμυοτροφικής πλευρικής σκλήρυνσης (νόσος του Λου Γκέριγκ), μια θανατηφόρα νευροεκφυλιστική νόσος λόγω της οποίας ο Hawking έχασε σταδιακά τη δυνατότητα να κινείται και να μιλάει. Αρχικά, η ομιλία του μπορούσε να γίνει κατανοητή μόνο από άτομα του στενού του περιβάλλοντος, οικογένεια και στενούς συνεργάτες. Είναι χαρακτηριστικό ότι σε ντοκιμαντέρ της δεκαετίας του 1980 στη βρετανική τηλεόραση, ένας από τους συνεργάτες του μεταφράζει τον τρόπο ομιλίας του σε κατανοητή γλώσσα.

Μετά από μια πνευμονία που παραλίγο να του στοιχίσει τη ζωή, ακόμη και αυτή η δυνατότητα ομιλίας χάθηκε για τον Hawking και έπρεπε να βρεθεί ένας άλλος τρόπος επικοινωνίας. Αρχικά, έγινε χρήση πινάκων επιλογής από τους οποίους μπορούσε να επιλέγει γράμματα με την κίνηση του φρυδιού, αλλά πολύ σύντομα του δόθηκε η δυνατότητα να το κάνει αυτό με τη βοήθεια ενός λογισμικού το οποίο του επέτρεπε να επιλέγει γράμματα, λέξεις και φράσεις πιέζοντας έναν διακόπτη. Το λογισμικό μετέτρεπε αυτές τις φράσεις σε ομιλία χρησιμοποιώντας τη χαρακτηριστική και αναγνωρίσιμη πλέον φωνή που όλοι γνωρίζουμε σήμερα. Αρχικά, ο χειρισμός του λογισμικού γινόταν με το χέρι του, ωστόσο μετά από περίπου δύο δεκαετίες, ο Hawking χρησιμοποιούσε έναν μυ στο μάγουλό του. Αντιμέτωποι με την πιθανότητα να χαθεί ακόμα και αυτή τη δυνατότητα κίνησης, ξεκίνησε μια προσπάθεια να δημιουργηθεί ένα λογισμικό που θα μπορούσε να στηρίζεται στα μοτίβα των εγκεφαλικών σημάτων και των εκφράσεων του προσώπου του, η οποία όμως δεν οδήγησε σε πρακτικά εφαρμόσιμα αποτελέσματα.

Δημιουργώντας κατανοητή ομιλία από εγκεφαλικά σήματα

Επιστήμονες από το Πανεπιστήμια του Σαν Φρανσίσκο και του Μπέρκλεϊ στην Καλιφόρνια δημοσίευσαν πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό “Nature” τα αποτελέσματα μιας έρευνας σχετικά με ένα νέο σύστημα προσθετικής ομιλίας. Η σημαντική διαφορά αυτού του συστήματος είναι ότι δεν αποκωδικοποιεί τα εγκεφαλικά μοτίβα που αντιστοιχούν σε συγκεκριμένες λέξεις, αλλά αυτά που συνδέονται με συγκεκριμένες μυϊκές κινήσεις, όπως η κίνηση της γλώσσας και των χειλιών, οι οποίες παρατηρούνται κατά τη διάρκεια της ομιλίας.

Όπως συνήθως συμβαίνει με τα άρθρα που δημοσιεύονται στο περιοδικό “Nature”, αυτό περιγράφει τη βασική αρχή και παρέχει τα στοιχεία που καθιστούν αυτή την αρχή πρωτοπόρα και υλοποιήσιμη, δηλαδή τη δυνατότητα παραγωγής συνεκτικών και κατανοητών προτάσεων με ρυθμό που αντιστοιχεί στη φυσική ομιλία. Αρκετή δουλειά αναμένεται (και επιβάλλεται) στο μέλλον ώστε να μπορεί αυτή η μέθοδος να χρησιμοποιηθεί μαζικά.

Για την κλινική δοκιμή αναζητήθηκαν εθελοντές με επιληψία, οι οποίοι βρίσκονταν στη διαδικασία της προετοιμασίας για χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο. Δεδομένου ότι στην περίπτωση της επιληψίας αυτή η διαδικασία διαρκεί καιρό, συχνά οι ασθενείς αυτοί χρησιμοποιούνται (κατόπιν φυσικά δικής τους έγκρισης) σε πειράματα που σχετίζονται με εμφυτεύματα στον εγκέφαλο. Πέντε τέτοιοι ασθενείς συναίνεσαν να δοκιμαστεί σε αυτούς το σύστημα παραγωγής ομιλίας. Σε αυτούς τοποθετήθηκαν εμφυτεύματα με ηλεκτρόδια στην επιφάνεια του εγκεφάλου τους και τους ανατέθηκε να εκφέρουν εκατοντάδες προτάσεις.

Μέσω των ηλεκτροδίων καταγράφηκαν τα μοτίβα των εγκεφαλικών σημάτων που ελέγχουν τις σχετικές κινήσεις της στοματικής κοιλότητας. Αρχικά, οι επιστήμονες έπρεπε να αντιστοιχήσουν αυτά τα μοτίβα σε κινήσεις. Στη συνέχεια, οι κινήσεις που παρατηρούνταν κατά τη διάρκεια του πειράματος έπρεπε να αντιστοιχηθούν σε προτάσεις. Προκειμένου να διαπιστωθεί κατά πόσο οι προτάσεις αυτές μπορούσαν να γίνουν αντιληπτές, χρησιμοποιήθηκαν ως ακροατήριο άτομα που μιλούσαν την αγγλική γλώσσα ως μητρική. Διαπιστώθηκε ότι πράγματι το σύστημα αυτό της προσθετικής ομιλίας παρήγαγε κατανοητές προτάσεις σε ποσοστό που έφτανε το 70%, με ταχύτητα που προσέγγιζε τη φυσική ομιλία. Επιπλέον, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο τρόπος αυτός αντιστοίχισης εγκεφαλικών σημάτων σε κινήσεις του προσώπου και ομιλία που προέκυψε από έναν ασθενή μπορούσε να χρησιμοποιηθεί με λίγες μετατροπές και από τους άλλους, δείχνοντας με αυτό τον τρόπο ότι ένα ενιαίο σύστημα προσθετικής ομιλίας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από όλους είναι εφικτό.

Θα πρέπει πάντως να σημειωθεί ότι το πείραμα έγινε σε άτομα που δεν παρουσίαζαν πρόβλημα στην ομιλία (δηλαδή στους πέντε ασθενείς με επιληψία κατά την προετοιμασία για το χειρουργείο) και επομένως απαιτούνται κλινικές δοκιμές για να διαπιστωθεί κατά πόσο θα είναι δυνατή η εφαρμογή του σε ασθενείς που έχουν υποστεί σοβαρή παράλυση λόγων εγκεφαλικών ή τραυματισμών. Παρ’ όλα αυτά, η μελέτη αποτελεί ορόσημο στην έρευνα για την προσθετική ομιλία και αναμένεται να οδηγήσει σε πολύ σημαντικές εξελίξεις.

Γιάννης Κοντογιάνης

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

ΓΝΩΜΕΣ

ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ

EDITORIAL

ΑΝΑΛΥΣΗ

SOCIAL