Saintis Memahami Kata-kata Pesakit Lumpuh melalui Isyarat Otak
Para saintis menggunakan sejenis mikroelektrod bukan penembusan baru yang berada di atas otak tanpa menerobosnya. Elektrod ini dikenali sebagai microECoGs kerana mereka adalah penyesuaian yang lebih kecil daripada elektrod besar yang digunakan dalam elektrokortikografi, atau ECoG, yang dikembangkan beberapa dekad yang lalu.
"Kami dapat mendekodekan kata-kata lisan yang hanya menggunakan isyarat dari otak dengan alat yang mempunyai janji untuk penggunaan jangka panjang pada pesakit lumpuh yang sekarang tidak dapat berbicara," kata Bradley Greger, penolong profesor bioengineering.
Seorang sukarelawan yang sudah menjalani kraniotomi - penyingkiran tengkorak separa sementara - dalam usaha untuk membantu serangan epilepsi yang teruk, menjadi sukarela untuk penyelidikan. Para saintis meletakkan grid mikroelektrod di atas pusat pertuturan otaknya - di korteks motor muka, yang mengawal pergerakan otot yang terlibat dalam bercakap, dan juga di kawasan Wernicke, yang dikaitkan dengan pemahaman dan pemahaman bahasa.
Oleh kerana mikroelektrod sebenarnya tidak menembusi bahan otak, ia dianggap selamat untuk diletakkan di kawasan otak. Dengan adanya mikroelektrod ini, saintis dapat mengesan dan merekodkan isyarat otak elektrik yang dihasilkan oleh beberapa ribu neuron atau sel saraf.
Setelah sukarelawan berulang kali membaca setiap 10 perkataan yang mungkin berguna bagi orang yang lumpuh - ya, tidak, panas, sejuk, lapar, dahaga, salam, selamat tinggal, lebih kurang - para penyelidik cuba mengetahui isyarat otak yang mewakili setiap 10 perkataan dengan menganalisis perubahan kekuatan frekuensi yang berbeza dengan setiap isyarat saraf.
Apabila ada dua isyarat otak yang dibandingkan - seperti yang dihasilkan ketika lelaki itu mengucapkan kata-kata "ya" dan "tidak" - para saintis dapat membezakan antara setiap kata 76 persen hingga 90 persen pada waktu itu.
Apabila para saintis hanya menggunakan lima mikroelektrod pada setiap grid 16-elektrod yang paling tepat dalam penyahkodan isyarat otak dari korteks motor muka, ketepatan mereka dalam membezakan antara kata meningkat menjadi hampir 90 peratus.
Ketika para saintis melihat semua 10 corak isyarat otak sekaligus, mereka dapat melabel setiap perkataan dengan betul hanya 28 persen hingga 48 persen pada waktu itu. Ini lebih baik daripada kebetulan (10 peratus) tetapi belum dianggap cukup kuat.
"Ini tidak bermaksud masalahnya diselesaikan sepenuhnya dan kita semua boleh pulang," kata Greger. "Ini bermaksud ia berfungsi, dan kita sekarang perlu memperbaikinya agar orang dengan sindrom 'terkunci' benar-benar dapat berkomunikasi."
"Langkah seterusnya yang jelas - dan inilah yang sedang kita lakukan sekarang - adalah melakukannya dengan grid mikroelektrik yang lebih besar. Kami dapat menjadikan grid lebih besar, mempunyai lebih banyak elektrod dan mengeluarkan sejumlah besar data dari otak, yang mungkin bermaksud lebih banyak kata dan ketepatan yang lebih baik, ”kata Greger.
“Ini adalah bukti konsep. Kami telah membuktikan bahawa isyarat ini dapat memberitahu anda apa yang orang katakan jauh lebih besar daripada kemungkinan. Tetapi kita harus dapat membuat lebih banyak perkataan dengan lebih tepat sebelum ia menjadi sesuatu yang sangat berguna bagi pesakit, ”tambahnya.
Oleh kerana kaedah ini memerlukan peningkatan yang lebih banyak dan melibatkan meletakkan elektrod di otak, Greger menjangkakan beberapa tahun sebelum ujian klinikal ke atas orang yang lumpuh tidak dapat bercakap.
Terdapat harapan, bagaimanapun, bahawa penyelidikan berterusan di kawasan ini akhirnya akan menghasilkan peranti tanpa wayar yang dapat mengubah pemikiran seseorang menjadi kata-kata lisan yang digunakan oleh komputer, kata Greger. Sekarang ini, satu-satunya cara orang yang ‘terkunci’ dapat berkomunikasi adalah melalui pergerakan, seperti mengedipkan mata atau menggerakkan tangan sedikit atau dengan susah payah memilih huruf atau kata dari daftar.
Rakan sekerja University of Utah yang menjalankan kajian dengan Greger termasuk jurutera elektrik Spencer Kellis, seorang pelajar kedoktoran, dan Richard Brown, dekan Kolej Kejuruteraan; dan Paul House, penolong profesor bedah saraf. Pengarang lain ialah Kai Miller, ahli sains saraf di University of Washington di Seattle.
Penyelidikan ini dibiayai oleh Institut Kesihatan Nasional, Agensi Projek Penyelidikan Lanjutan Pertahanan, Yayasan Penyelidikan Universiti Utah dan Yayasan Sains Nasional.
TheJurnal Kejuruteraan NeuralTerbitan September akan menerbitkan kajian Greger yang menunjukkan kemungkinan menerjemahkan isyarat otak menjadi perkataan yang diucapkan komputer.
Sumber: Universiti Utah
