باستخدام شريحة دماغية، العلماء يعيدون القدرة على النطق إلى امرأة تعاني الشلل

⬤ طور علماء واجهة دماغ حاسوبية مكّنت امرأة تعاني الشلل الحاد من التحدث بجمل كاملة عبر شخصية رمزية رقمية (أفاتار).

⬤ استخدم العلماء الذكاء الاصطناعي للتعرف على إشارات دماغ المرأة وتحويلها إلى كلام وتعبيرات وجهية تصدرها الشخصية الرمزية.

⬤ قام العلماء أيضاً باستخدام التعلم الآلي لإعطاء الشخصية الرمزية صوتاً شبيهاً بصوت المرأة الحقيقي قبل إصابتها بالشلل.

طور علماء في جامعة كاليفورنيا (سان فرانسيسكو وبيركلي) واجهة دماغ حاسوبية (BCI) مكنت امرأة تعاني الشلل الحاد بسبب سكتة دماغية من التحدث عبر شخصية رمزية رقمية (أفاتار). وهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تحويل إشارات دماغية إلى كلام وتعبيرات وجه. إذ يمكن للواجهة تحويل هذه الإشارات إلى نصوص بمعدل 80 كلمة في الدقيقة تقريباً، مما يتفوق على التقنيات المتاحة تجارياً بشكل كبير.

يأمل د. إدوارد تشانغ، رئيس قسم الجراحة العصبية في جامعة كاليفورنيا (سان فرانسيسكو) والذي عمل في مجال واجهات الدماغ الحاسوبية لأكثر من عقد، أن يؤدي هذا الإنجاز الأخير إلى تطوير نظام يتيح الكلام من إشارات الدماغ ومعتمد من إدارة الأغذية والعقاقير الأمريكية (FDA) في المستقبل القريب. حيث قال تشانغ: “هدفنا هو استعادة طريقة تواصل كاملة ومجسدة، وهي في الواقع طريقة التحدث الأكثر طبيعية. هذه التطورات تقربنا كثيراً من جعل هذا حلاً حقيقياً للمرضى.”

قام د. تشانغ بزراعة شريحة برُفع ورقة وتتكون من 253 قطباً كهربائياً على سطح دماغ المرأة المشلولة في المناطق التي اكتشف فريقه أنها مهمة للكلام في الدماغ. ونجحت الشريحة في قراءة إشارات الدماغ، التي لولا السكتة الدماغية لكانت وصلت إلى العضلات في لسانها، وفكها، وحنجرتها، وكذلك وجهها. وبعدها تنقل الشريحة هذه البيانات التي قرأتها بواسطة كابل إلى مجموعة من الحواسيب.

لعدة أسابيع، عملت المرأة مع الفريق لتدريب خوارزميات الذكاء الاصطناعي في النظام ليصبح قادراً على التعرف على إشارات دماغها بالذات. وتضمن ذلك تكرار عبارات مختلفة من 1,024 كلمة حتى يتعرف الذكاء الاصطناعي على أنماط نشاط دماغهها المرتبطة بالأصوات والتكلم.

وبدلاً من تدريب الذكاء الاصطناعي على التعرف على الكلمات بأكملها، تم تدريبه على المقاطع الصوتية. وهكذا احتاج النظام إلى تعلم 39 مقطعاً صوتياً فقط للتعرف على الكلمات باللغة الإنجليزية، مما أدى إلى تحسين دقة النظام وجعله أسرع ثلاث مرات وحسّن من وتيرة وطبيعة الكلام التي تتفوه به الشخصية الرمزية.

ولصناعة الصوت التي تتكلم الشخصية الرمزية عبره، ابتكر الفريق خوارزمية لتوليد الكلام وقاموا بتخصيصها لتولد صوتاً يشبه صوت المرأة الحقيقي قبل إصابتها بالسكتة الدماغية. وذلك باستخدام تسجيل لها من حديثها في حفل زفافها. وقام الفريق بتحريك الصورة الرمزية بمساعدة برنامج يحاكي حركات عضلات الوجه طورته شركة الذكاء الاصطناعي Speech Graphics.

وبالتالي، أنشأ فريق العلماء نظام تعلم آلي يقوم بقراءة إشارات دماغ المرأة أثناء محاولتها التحدث ويحولها إلى حركات على وجه الشخصية الرمزية. وكانت النتيجة أن الشخصية الرمزية كانت تحرك شفتيها وفكها بشكل دقيق لتمثيل مشاعر مثل السعادة والحزن والدهشة.

تتمثل الخطوة التالية لفريق د. تشانغ في إنشاء إصدار لاسلكي من هذه الواجهة لا تتطلب زراعة شريحة دماغية في الدماغ. وقال المؤلف المشارك في البحث والأستاذ المساعد في الجراحة العصبية، د. ديفيد موسيس: “تمكين الناس على التحكم بحرية في حواسيبهم وهواتفهم عبر هذه التقنية سيكون له آثار كبيرة على استقلاليتهم وتفاعلاتهم الاجتماعية.”