Gehirnimplantat wandelt Gedanken in Sprache um

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M.A. Dirk de Pol, aktualisiert am 28. Januar 2023, Lesezeit: 4 Minuten

Forscher der UC San Francisco haben ein Gehirnimplantat entwickelt und vorgestellt, das neuronale Aktivitäten in vollständige Wörter umwandelt. Der erste Studienteilnehmer, ein gelähmter Mann in den 30ern, kann nun mit einem Wortschatz von 50 Wörtern sprechen, indem er einfach an die Vokalisierung von Wörtern denkt. Entsprechende Studienergebnisse wurden im New England Journal of Medicine veröffentlicht.

Um was geht es in der Studie?

Die neue Technologie unterscheidet sich von früheren Gehirn-Computer-Schnittstellen, die Menschen mit Lähmungen beim Sprechen helfen sollen. Anstatt eine Person einen Cursor über einen Bildschirm steuern zu lassen, um Wörter zu buchstabieren, verfolgt dieses Gerät die Hirnaktivität in den Regionen, die die Vokalsysteme steuern. Auch wenn gelähmte Menschen nicht mehr in der Lage sind, ihren Mund zu bewegen und Worte zu sprechen, kann ihr Gehirn immer noch versuchen, diese einzigartigen Signale an Stellen wie Kiefer und Kehlkopf zu senden.

Wenn Menschen sprechen, übermitteln sie Informationen mit einer sehr hohen Rate von bis zu 150 pro Minute. Das direkte Sprechen von Wörtern kommt der Art und Weise, wie wir normalerweise sprechen, näher als andere Ansätze.

Die erste Person, die dieses experimentelle Implantat getestet hat, erlitt vor 15 Jahren einen Schlaganfall. Seitdem konnte sie nur noch kommunizieren, indem sie mit einem an einer Baseballmütze befestigten Zeiger Wörter auf einen Bildschirm tippte.

Bei der neuen Technologie wurde ein hochdichtes Elektrodenfeld über dem sprechmotorischen Kortex der Person chirurgisch implantiert. Die Gehirnaktivität wurde dann über mehrere Monate hinweg aufgezeichnet, wobei bestimmte Signale mit einem Wortschatz von 50 Wörtern korreliert wurden. Anschließend wurden spezielle neuronale Netzmodelle trainiert, um die Hirnaktivität zu erkennen und Wörter in Echtzeit zu identifizieren, während sie gedacht wurden.

Diese ersten Tests zeigten, dass der Mann auf die Fragen der Forscher in vollständigen Sätzen antwortete. Auf Fragen wie „Möchten Sie etwas Wasser?“ antwortete der Mann mit „Nein, ich bin nicht durstig“.

Damit konnten die Forscher zeigen, dass es tatsächlich möglich ist, die Kommunikation von gelähmten Menschen auf diese Weise zu erleichtern.

Was sind die Ergebnisse der Studie?

Dieser erste Proof-of-Concept-Test lieferte noch keine blitzschnellen Ergebnisse. Das Implantat kann derzeit etwa 18 Wörter pro Minute entschlüsseln. Und die durchschnittliche Genauigkeit beträgt nur 75 Prozent, es gibt also noch viel Raum für Verbesserungen.

Die Forscher glauben, dass weitere algorithmische Verbesserungen die Genauigkeit und Geschwindigkeit des Geräts erhöhen können. In diesem ersten Test wurde eine Art „Autokorrektur“-Funktion eingebaut, um zu zeigen, wie das System verbessert werden kann, indem der Computer lernt und vorhersagt, was eine Person sagen will.

Die Studie wird erweitert, um mehr Teilnehmer einzubeziehen. Die Forscher wollen auch den Wortschatz des Systems erweitern und die Geschwindigkeit der Sprachdekodierung erhöhen.

Quellen

David A. Moses, Ph.D., Sean L. Metzger, M.S., Jessie R. Liu, B.S., Gopala K. Anumanchipalli, Ph.D., Joseph G. Makin, Ph.D., Pengfei F. Sun, Ph.D., Josh Chartier, Ph.D., Maximilian E. Dougherty, B.A., Patricia M. Liu, M.A., Gary M. Abrams, M.D., Adelyn Tu-Chan, D.O., Karunesh Ganguly, M.D., Ph.D., et al. Neuroprosthesis for Decoding Speech in a Paralyzed Person with Anarthria. New England Journal of Medicine. 2022

 

 

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