Три года с речевым нейроинтерфейсом
Кейси Харрелл уже почти три года живёт с имплантированными в мозг электродами. У него боковой амиотрофический склероз (БАС), из-за которого он полностью парализован. Впервые интерфейс «мозг-компьютер» помог ему произнести фразы ещё в 2023 году — тогда с ним работала исследовательская группа.
С тех пор Харрелл накопил тысячи часов использования. Сейчас он управляет устройством почти самостоятельно: достаточно, чтобы помощник подключил его к системе. Появились новые функции, и кроме речи, Харрелл выходит через интерфейс в интернет и продолжает работать.
«Когда живёшь с БАС, мечты должны тускнеть. Но не у меня, — говорит Харрелл. — Любое из этих достижений было бы огромным облегчением. А получить их все одновременно — по-настоящему революционно».
Согласно статье, опубликованной в журнале Nature Medicine, за первые 22,6 месяца после имплантации Харрелл провёл с устройством более 3800 часов дома, без присутствия исследователей. «Он первый активный пользователь речевого BCI», — подчеркнул нейроинженер из Калифорнийского университета в Дэвисе Сергей Стависки.
Как расшифровывается речь
Три года назад Харрелл доверился нейрохирургу Дэвиду Брандману из UC Davis и его коллегам. Тогда 45-летнему мужчине уже поставили диагноз БАС — болезнь отнимает контроль над мышцами. Он не мог сам управлять креслом, одеваться и есть; речь стала неразборчивой. Учёные предложили испытать мозговой имплант для общения, и Харрелл согласился. «Отрасль стояла на пороге перемен, и я хотел стать частью этого», — объяснил он.
В июле 2023 года за пять часов операции врачи вживили четыре матрицы по 64 электрода каждая. Каждую пару матриц соединили с разъёмом на поверхности черепа — получилось два места подключения к компьютеру.
Алгоритмы расшифровки нейроактивности команда создавала давно. Система записывает сигналы речевой моторной коры — участка мозга, отвечающего за движения, нужные для речи. «В американском английском 39 фонем, из которых состоят все звуки языка», — поясняет нейроинженер Николас Кард. Сопоставляя нейронную активность с каждой фонемой, учёные строят персональный речевой декодер, который затем «произносит» слова. «Мы идём от мозговых данных к фонемам, а от них — к словам».
Устройство заработало примерно через месяц после операции. В первый же день, в августе 2023-го, Харрелл использовал словарь из 50 слов с точностью 99,6%. Позже лексикон расширили до 125 000 слов, и точность составила 97,5%.
Тогда было неясно, как долго прослужит имплант. Нейроинтерфейсы пока редкость, и рубцовая ткань вокруг электродов может мешать считыванию сигналов. Но у Харрелла таких проблем не возникло.
Режим «активного пользователя»
Сейчас Харрелл пользуется системой гораздо самостоятельнее. Если раньше исследователям приходилось приезжать к нему домой, чтобы подключать и отключать устройство, то теперь с этим справляется сиделка или родственник. «Он просыпается, его подключают — и он начинает работать», — рассказывает Стависки.
Маришка Ванстезел, исследовательница BCI из Медицинского центра Утрехта, не участвовавшая в испытаниях, отмечает важность такого автономного тестирования: «Чтобы технология приносила пользу пациентам, нужно проверять её в реальных условиях — тогда мы увидим, действительно ли она удобна и работает без постоянного присутствия учёных».
Точность системы достигла 99%, сообщает Стависки. Кроме того, Харрелл научился управлять курсором — это открыло ему доступ к персональному компьютеру: он пишет сообщения и письма, просматривает сайты и продолжает работать активистом-экологом.
По просьбе Харрелла команда добавила особые функции. Сейчас он может включить «приватный режим» — тогда расшифрованный текст автоматически удаляется. А при разговоре с семилетней дочерью он иногда активирует фильтр ненормативной лексики.
«Мы наращиваем программную часть: улучшаем точность и добавляем возможности, которые делают меня независимее, — говорит Харрелл. — Мы прокладываем дорогу по мере движения, вернее, качения».
Настоящая революция
Ванстезел предупреждает: успех Харрелла не гарантирует таких же результатов для других людей с БАС. Она семь лет работала с женщиной, которая общалась «мозговыми щелчками» через полностью имплантированное устройство. К концу срока оно перестало работать, вероятно, из-за дегенерации мозга. И не все пациенты готовы к такой операции, добавляет Джейн Хаггинс из Мичиганского университета, разрабатывающая неинвазивные BCI. «Долгое самостоятельное использование с быстрой и точной связью — Святой Грааль интерфейсов, — говорит она. — Но мы видим, что люди с прогрессирующими заболеваниями избегают госпитализации».
Сам Харрелл называет устройство «ничем иным, как революцией». «Я могу продолжать работать, зарабатывать деньги и страховку для семьи. Интерфейс вновь соединяет меня с друзьями и близкими, которые стеснялись или боялись прийти, потому что не понимали мою речь. С дочерью у меня появилась связь, которой раньше не было. Теперь я читаю ей, помогаю учиться — и делю родительские обязанности с женой, которая столько заботится обо мне и о нашей девочке».
Стависки и коллеги не останавливаются. «Мы никогда не бываем довольны», — признаётся он. Одна из целей — вернуть Харреллу полноценный голос. Идёт работа над системой «мозг-в-голос», которая напрямую преобразует нейросигналы в живую речь: с темпом, интонацией, эмоциями — хоть радость, хоть сарказм.
«Я был скромно уверен, что извлеку какую-то пользу, — говорит Харрелл. — Но и за миллион лет не подумал бы, что добьюсь такого».