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da BJS su 06. SETTEMBRE, 2010 in BLOG ENTRY
Salt Lake City, 7 settembre 2010 - In un primo passo verso la locazione gravemente le persone paralizzate parlare con i loro pensieri, i ricercatori dell'Università di Utah tradurre i segnali del cervello in parole usando due griglie di 16 microelettrodi impiantati sotto il cranio, ma in cima al cervello.
"Siamo stati in grado di decodificare le parole pronunciate usando solo segnali dal cervello con un dispositivo che ha promessa per l'uso a lungo termine in pazienti paralizzati, che ora non può parlare", spiega Bradley Greger, un assistente professore di bioingegneria.
Poiché il metodo deve essere migliorata molto di più e prevede il posizionamento di elettrodi sul cervello, si aspetta che sarà, pochi anni prima sperimentazione clinica di persone paralizzate che non possono parlare a causa della cosiddetta "sindrome locked-in".
Il Journal of Neural Engineering's numero di settembre è editrice Greger studio mostra la possibilità di tradurre i segnali del cervello in parole parlate-computer.
L'Università di Utah gruppo di ricerca immessi griglie di microelettrodi piccoli centri di più di discorso nel cervello di un volontario con gravi crisi epilettiche. L'uomo aveva già una craniotomia - temporanea parziale rimozione del cranio - quindi i medici potrebbero luogo più grande, elettrodi convenzionali per individuare la fonte del suo sequestro e chirurgicamente fermarli.
Utilizzando il microelettrodi sperimentale, gli scienziati hanno registrato i segnali del cervello, come leggere ripetutamente il paziente ogni 10 parole che potrebbero essere utili ad una persona paralizzata: sì, no, caldo, freddo, fame, sete, ciao, arrivederci, più e meno.
Più tardi, hanno provato a capire i segnali che il cervello rappresenta ciascuna delle 10 parole. Quando hanno confrontato le due segnali del cervello - come quelli generati quando l'uomo ha detto le parole "sì" e "no" - erano in grado di distinguere i segnali del cervello per ogni parola il 76 per cento al 90 per cento del tempo.
Quando hanno esaminato tutti i modelli di segnale 10 cervello in una volta, erano in grado di individuare la parola corretta una qualsiasi segnale rappresentavano solo il 28 per cento al 48 per cento del tempo - meglio di chance (che sarebbe stato il 10 per cento), ma non abbastanza per un dispositivo per tradurre i pensieri di una persona paralizzata in parole pronunciate da un computer.
"Questa è la prova di concetto", Greger dice "Abbiamo dimostrato di questi segnali si può dire che cosa la persona sta dicendo ben al di sopra caso. Ma dobbiamo essere in grado di fare di più le parole con più precisione prima che sia davvero qualcosa che un paziente potrebbe risultare utile. "
Le persone che alla fine potrebbero beneficiare di un dispositivo wireless che trasforma i pensieri in parole parlate, parlate computer includono quelli paralizzato da ictus, morbo di Lou Gehrig e il trauma, Greger dice. Le persone che ora sono "prigionieri" spesso comunicare con qualsiasi movimento possono fare - battere ciglio o di spostare un po 'la mano - a raccogliere faticosamente lettere o parole da un elenco.
Università di colleghi di Utah che ha condotto lo studio con Greger inclusi ingegneri elettronici Kellis Spencer, uno studente di dottorato, e Richard Brown, decano del Collegio di Ingegneria, e Paul House, un assistente professore di neurochirurgia. Un altro è stato coautore Kai Miller, un neuroscienziato presso la University of Washington a Seattle.
La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health, la Defense Advanced Research Projects Agency, l'Università dello Utah Research Foundation e dalla National Science Foundation.
Microelettrodi Nonpenetrating leggere segnali Discorso di Brain
Lo studio ha utilizzato un nuovo tipo di nonpenetrating microelettrodo che si siede sul cervello senza frugando dentro. Questi elettrodi sono conosciuti come microECoGs perché sono una versione ridotta di molto più grande degli elettrodi utilizzati per electrocorticography, o ECOG, ha sviluppato un secolo e mezzo fa.
Per i pazienti con gravi crisi epilettiche non controllate da farmaci, i chirurghi rimuovere parte del cranio e posto un tappetino in silicone che contiene elettrodi ECOG nel cervello per giorni o settimane, mentre il cranio è tenuto in posizione, ma non riattaccato. Gli elettrodi ECOG pulsante imprese non penetrano nel cervello, ma di rilevare l'attività elettrica anormale e consentire ai chirurghi di localizzare e rimuovere una piccola porzione del cervello, provocando la crisi.
L'anno scorso, Greger e colleghi hanno pubblicato uno studio che mostra gli elettrodi microECoG molto più piccolo poteva "leggere" i segnali del cervello controlla i movimenti del braccio. Uno dei pazienti epilettici coinvolti in questo studio ha anche offerto volontario per il nuovo studio.
Perché il microelettrodi non penetrano materia cerebrale, sono considerati sicuri di inserire sulle aree discorso del cervello - qualcosa che non può essere fatto con penetrante elettrodi che sono stati utilizzati in dispositivi sperimentali per aiutare le persone paralizzate controllare un cursore del computer o un braccio artificiale.
elettrodi EEG utilizzato sul cranio per registrare le onde cerebrali sono troppo grandi e registrare i segnali del cervello troppi per essere usato facilmente per la decodifica dei segnali discorso da persone paralizzate.
Tradurre segnali nervosi in parole
Nel nuovo studio, i microelettrodi sono stati utilizzati per rilevare deboli segnali elettrici generati dal cervello da qualche migliaio di neuroni o cellule nervose.
Ognuna delle due griglie con 16 microECoGs discosti di 1 millimetro (circa un 25 di un pollice) a parte, fu posto su una delle due aree discorso del cervello: in primo luogo, la corteccia motoria facciale, che controlla i movimenti della bocca, labbra, lingua e la faccia - fondamentalmente i muscoli coinvolti nel parlare. In secondo luogo, l'area di Wernicke, una parte poco compreso del cervello umano legato alla comprensione del linguaggio e della comprensione.
Lo studio è stato condotto durante le sessioni di un'ora per quattro giorni consecutivi. I ricercatori hanno detto che il paziente epilessia di ripetere una delle 10 parole ogni volta che puntato verso il paziente. i segnali del cervello sono stati registrati attraverso le due griglie di microelettrodi. Ciascuna delle 10 parole è stato ripetuto 31-96 volte, a seconda di come il paziente era stanco.
Poi i ricercatori hanno "cercato di pattern nei segnali del cervello che corrispondono alle diverse parole", analizzando i cambiamenti nella forza di frequenze diverse all'interno di ogni segnale nervoso, dice Greger.
I ricercatori hanno scoperto che ogni parola pronunciata prodotto diversi segnali del cervello e, quindi, il modello di elettrodi che la maggior parte individuato con precisione ogni parola varia da parola a parola. Dicono che sostiene la teoria che ravvicinati microelettrodi in grado di acquisire segnali dai singoli, unità di trasformazione colonna a forma di neuroni nel cervello.
Un inatteso ritrovamento: Quando il paziente ripete le parole, la corteccia motoria facciale è stato più attivo e l'area di Wernicke era meno attivo. Eppure, area di Wernicke "acceso" quando il paziente è stato ringraziato da parte di ricercatori, dopo le parole a ripetizione. Essa mostra area di Wernicke è più coinvolto di alto livello la comprensione del linguaggio, mentre la corteccia motoria facciale controlla i muscoli del viso che aiutano a produrre suoni, Greger dice.
I ricercatori sono stati più precisi - 85 per cento - a distinguere i segnali del cervello per una parola da quelli per un altro, quando hanno usato segnali registrati dalla corteccia motoria facciale. Essi sono stati meno accurati - 76 per cento - quando segnali mediante dalla zona di Wernicke. Combinando i dati di entrambi i settori non ha migliorato la precisione, dimostrando che i segnali del cervello da area di Wernicke non aggiungono molto a quelle della corteccia motoria facciale.
Quando gli scienziati hanno selezionato i cinque microelettrodi su ogni griglia di 16 elettrodi che sono stati più precisi nella decodifica dei segnali cerebrali della corteccia motoria facciale, la loro accuratezza nel distinguere una delle due parole degli altri è salito a quasi il 90 per cento.
Nel test più difficile distinguere i segnali del cervello per una parola dai segnali per gli altri nove parole, i ricercatori hanno inizialmente erano precisi il 28 per cento delle volte - non è buona, ma meglio che la probabilità del 10 per cento casuale di precisione. Tuttavia, quando si concentra sui segnali provenienti dai cinque elettrodi più accurati, hanno identificato la parola corretta quasi la metà (48 per cento) del tempo.
"Non significa che il problema è completamente risolto e possiamo andare tutti a casa", Greger dice. "Significa che funziona, e ora dobbiamo perfezionare in modo che le persone con sindrome di locked-in possono comunicare veramente."
"Il punto seguente evidente - e questo è ciò che stiamo facendo in questo momento - è quello di farlo con griglie microelettrodo più grande" con 121 micro elettrodi in una griglia 11-by-11, dice. "Possiamo fare la griglia più grandi, hanno più elettrodi e ottenere un enorme quantità di dati fuori del cervello, il che significa probabilmente più parole e una migliore accuratezza."
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