دانشمندان با کاشت الکترود در مغز، توانایی تکلم را به فردی معلول بازگرداندند

مردی آمریکایی در سال ۲۰۰۳ در سن ۲۰ سالگی دراثر سکته مغزی شدید پس از تصادفی ناگوار، دچار معلولیت شد و توانایی صحبت‌کردن را از دست داد. اکنون پژوهشگران در یک دستاورد علمی، به نواحی گفتاری در مغز او دسترسی پیدا کردند و به وی امکان دادند تا صرفا با تلاش برای صحبت‌کردن، کلمات و جملات درک‌شدنی تولید کند. وقتی این مرد با نام مستعار پانچو درتلاش برای صحبت‌کردن است، الکترودهای کاشته‌شده در مغزش، سیگنال‌ها را به کامپیوتری ارسال می‌کنند که کلمات مدنظر او را روی نمایشگر نشان می‌دهد.

دستاورد دانشمندان که روز چهارشنبه در نشریه‌ی پزشکی نیوانگلند منتشر شد، می‌تواند در نهایت به بسیاری از افرادی کمک کند که دراثر ابتلا به بیماری‌ها، قدرت تکلم خود را دست داده‌اند. ملانی فراید اوکن، استاد نورولوژی و اطفال در دانشگاه بهداشت و علوم اورگن که در پژوهش اخیر مشارکتی نداشت، به نیویورک تایمز گفت این دستاورد فراتر از آن چیزی است که هرگز می‌توانستیم تصور کنیم.

سه سال پیش وقتی پانچو که اکنون ۳۸ سال دارد، موافقت کرد تا با پژوهشگران علوم اعصاب همکاری کند، آن‌ها مطمئن نبودند که مغز او اصلا سازوکارهای تکلم را حفظ کرده باشد. دکتر ادوارد چانگ، مدیر جراحی مغز و اعصاب در دانشگاه کالیفرنیا سان‌فرانسیسکو و سرپرست پژوهش گفت «آن بخش از مغز پانچو ممکن بود خاموش باشد و ما اصلا نمی‌دانستیم آیا هرگز واقعا به‌منظور آنکه او بتواند صحبت کند، بیدار خواهد شد یا نه.»

تیم پژوهشی ورقه‌ای مستطیلی از ۱۲۸ الکترود را در مغز پانچو کاشت که به‌منظور شناسایی سیگنال‌ها از فرایندهای حرکتی و حسی مربوط به تکلم و مرتبط با دهان، لب‌ها، فک، زبان و حنجره طراحی شده‌اند. آن‌ها در ۵۰ جلسه درطول ۸۱ هفته، کاشت مغز را با کابلی متصل به درگاه روی سر پانچو به کامپیوتر متصل کردند و از او خواستند تلاش کند تا کلماتی را از فهرستی ۵۰تایی از واژگان متداول شامل «گرسنه»، «موسیقی» و «کامپیوتر» بگوید.

هم‌زمان با تلاش پانچو، الکترودها سیگنال‌ها را از طریق شکلی از هوش مصنوعی ارسال کردند که سعی می‌کرد کلمات مورد نظر را تشخیص دهد. دیوید موسس، مهندس پسادکترا که در همکاری با شان متزگر و جسی لیو، دانشجویان تحصیلات تکمیلی سامانه را ساخته است، به نیویورک تایمز گفت «سامانه‌ی ما فعالیتی از مغز را ترجمه می‌کند که درحالت معمول، مجرای صوتی پانچو را به‌طور مستقیم برای بیان کلمات و جملات کنترل می‌کرد.» این سه پژوهشگر، نویسندگان اصلی مطالعه محسوب می‌شوند.

پانچو که به‌دلیل حفاظت از حریم شخصی خود می‌خواهد صرفا با همین نام خطاب می‌شود، درطول جلسات تلاش کرد تا ۵۰ کلمه را در ۵۰ جمله‌ی متمایز نیز بگوید؛ نظیر «پرستار من همین بیرون است» و «لطفا عینک من را بیاورید». او همچنین در پاسخ به این سؤال که «امروز حالت چطور است»، گفت «بسیار خوب هستم».

در نزدیک به نیمی از ۹ هزار مرتبه‌ای که پانچو تلاش کرد تا کلمات واحد را بگوید، الگوریتم هوش مصنوعی کلمه‌ی صحیح را تشخیص داد. وقتی او سعی کرد جملات نوشته‌شده روی نمایشگر را بگوید، عملکرد الگوریتم به‌مراتب بهتر بود. با هدایت نتایج الگوریتم از مسیر نوعی سامانه‌ی پیش‌بینی زبان تصحیح خودکار، کامپیوتر کلمات مجزا در جملات را در تقریبا سه‌چهارم مواقع درست تشخیص داد و کل جملات را در بیش از نیمی از اوقات به‌طور بی‌نقص رمزگشایی کرد. دکتر فراید اوکن گفت «اثبات اینکه می‌توان گفتار را از سیگنال‌های الکتریکی در قشر حرکتی گفتار مغز رمزگشایی کرد، بی‌سابقه است.»

^{دکتر چانگ در حال آماد‌ه‌شدن برای اتصال کاشت مغز پانچو به کامپیوتر}

پانچو در مصاحبه با نیویورک تایمز، تشخیص کلمات گفته‌شده‌اش توسط کاشت مغز را تجربه‌ای تحول‌آفرین توصیف کرد. او گفت « فقط می‌خواهم، نمی‌دانم، چیز خوبی به‌دست آورم؛ زیرا همیشه پزشکان به من می‌گفتند که شانس بهبودم صفر است.» پانچو افزود «اینکه نتوانی با دیگران ارتباط برقرار کنی،، مکالمه‌ای عادی داشته باشی و خود را به هر طریق ابراز کنی، آزاردهنده و تحمل‌کردنش بسیار سخت است.»

پانچو یک کارگر سالم مزرعه بود تا آنکه یک روز تابستانی پس از بازی فوتبال با خودرو تصادف کرد. پس از آنکه به‌دلیل آسیب جدی به معده‌اش تحت عمل جراحی قرار گرفت، از بیمارستان مرخص شد. او توانست قدم بردارد و صحبت کند و فکر کرد در مسیر بهبودی است. اما صبح فردا، استفراغ کرد و نتوانست خود را کنترل کند. پزشکان گفتند پانچو ظاهرا دراثر لخته‌ی خون پس از جراحی دچار سکته‌ی مغزی شده است.

یک هفته بعد، پانچو در اتاقی کوچک و تاریک به هوش آمد. او گفت «تلاش کردم حرکت کنم؛ اما نمی‌توانستم انگشتم را بلند کنم. تلاش کردم صحبت کنم؛ اما نمی‌توانستم یک کلمه به زبان آورم. از این‌رو شروع به گریه کردم؛ اما ازآنجا که نمی‌توانستم صدایی از خود دربیاورم، تمام آنچه انجام دادم برخی حرکات زشت بود. وحشت‌زده شدم و آرزو کردم کاش هرگز به‌هوش نمی‌آمدم.»

دکتر لی هاکبرگ، عصب‌شناس در بیمارستان عمومی ماساچوست که در مطالعه مشارکتی نداشت، به نیویورک تایمز گفت رویکرد جدید که پروتز عصبی گفتاری نامیده می‌شود، بخشی از یک موج نوآوری است که قصد دارد به ده‌ها هزار فردی کمک کند که فاقد توانایی تکلم هستند، اما مغزشان مسیرهای عصبی برای گفتار را دارد. این افراد می‌توانند شامل بیماران مبتلا به آسیب‌های مغزی یا بیماری‌هایی نظیر اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) یا فلج مغزی باشند که در آن فرد کنترل عضلانی کافی برای صحبت‌کردن ندارد.

مطالعه‌ی تازه، نتیجه‌ی بیش از یک دهه پژوهش است. تیم دکتر چانگ برای رسیدن به لحظه‌ی امروز، فعالیت مغز را برای تمام آواهای صامت و مصوت نقشه‌برداری کرد و به‌منظور تولید گفتار کامپیوتری از مغز افراد سالم بهره گرفت. پژوهشگران تأکید می‌کنند که الکترودها مغز پانچو را نمی‌خوانند؛ بلکه سیگنال‌های مربوط به هر کلمه‌ای را که او تلاش می‌کند بگوید، تشخیص می‌دهند. دکتر چانگ گفت در آینده ممکن است بتوانیم به آنچه افراد فکر می‌کنند، پی ببریم که در این صورت، برخی پرسش‌های اخلاقی مهم درباره‌ی این نوع فناوری مطرح می‌شود. بااین‌حال، فناوری کنونی فقط درباره‌ی بازیابی صدای فرد است.