Как технологии помогают восстановить общение при потере речи

Потеря способности говорить может быть связана с повреждением мозга, нервных путей или мышц речевого аппарата. Учёные разрабатывают технологии, которые помогают обходить нарушенные связи и передавать сообщения с помощью текста, синтезированной речи или движений на экране. Одно из наиболее перспективных, но пока экспериментальных направлений — интерфейсы «мозг — компьютер».

Почему речь может нарушаться

Речь — сложный процесс, в котором участвуют мозг, нервные пути и почти 100 мышц. Электрические сигналы должны последовательно передать командам губ, языка, челюсти, гортани и лёгких, как двигаться согласованно, чтобы сформировать звук. Если пути от мозга к этим мышцам ослаблены или полностью заблокированы, человек может потерять способность говорить.

На речь влияют разные состояния. При боковом амиотрофическом склерозе мышцы постепенно слабеют, а заболевание со временем может приводить к параличу. При болезни Паркинсона возникают замедленность движений, тремор и мышечная скованность. Нарушения также возможны после инсульта, черепно-мозговой травмы, при опухолях мозга и некоторых видах судорог.

Повреждение разных участков мозга вызывает неодинаковые проблемы. Афазия означает трудности с использованием или пониманием слов. При апраксии человек может знать, что хочет сказать, но испытывать сложности с планированием движений рта и языка для произнесения слов.

Доступные способы общения без речи

Логопеды и специалисты по нарушениям речи помогают людям с афазией и апраксией тренировать слова, планировать звуки и находить другие способы передавать сообщения. Для этого могут использоваться упражнения и игровые задания.

Существуют и вспомогательные средства общения. Один из самых простых вариантов — буквенная доска: помощник указывает на буквы, а человек подтверждает нужную движением или взглядом. Такой способ не требует электричества и экранов, но он медленный и зависит от партнёра, который знает систему.

Трекеры взгляда используют небольшую камеру, отслеживающую направление взгляда на экране. Пользователь выбирает буквы или изображения, задерживая взгляд на нужном варианте. Это позволяет набирать сообщения самостоятельно, однако длительные разговоры могут утомлять.

При ограниченной подвижности также применяются переключатели, которые нажимают головой, и устройства «вдох — выдох», управляемые дыханием через трубку. Они дают возможность выбирать символы на экране, но подходят не всем людям с тяжёлыми физическими нарушениями.

Как работают интерфейсы «мозг — компьютер»

Интерфейс «мозг — компьютер», или BCI, считывает сигналы мозга и передаёт их компьютеру. Затем программа преобразует эти сигналы в текст, синтезированную речь или движение объекта на экране. Такой подход может обходить нарушенные связи между мозгом и мышцами речевого аппарата.

Некоторые системы располагаются на поверхности мозга, другие используют крошечные электроды, помещённые непосредственно под его поверхностью. Обе технологии способны регистрировать активность, связанную с попыткой говорить, даже если человек не может двигать ртом. На данный момент такие имплантируемые системы требуют операции на мозге и соединения с компьютером через небольшой порт в области черепа.

Учёные также изучают возможность устанавливать BCI через кровеносный сосуд мозга и использовать беспроводную передачу данных. Это направление исследуется, но не является обычным доступным способом восстановления речи.

Что могут неимплантируемые устройства

Для регистрации мозговых сигналов без имплантации применяются электроэнцефалографические устройства — гарнитуры или шапочки с электродами. Они могут распознавать некоторые простые речевые паттерны, но пока не способны переводить в речь плавный непрерывный язык.

Развитие BCI зависит не только от совершенствования техники. Исследователям необходимо понять, какие именно области мозга участвуют в формировании речи у конкретного человека и где лучше размещать датчики. Раньше предполагалось, что зоны речи можно достаточно точно определить по анатомии. Однако расположение и особенности речевой активности заметно различаются у разных людей.

Функциональная магнитно-резонансная томография позволяет наблюдать, какие участки мозга активируются во время работы. Такие изображения изучают, чтобы уточнить расположение сенсоров и получить более чёткие сигналы.

На каком этапе находятся технологии

Некоторые EEG-устройства уже доступны в продаже. Однако имплантируемые интерфейсы для восстановления речи пока применяются только в рамках клинических исследований. В таких исследованиях могут рассматриваться люди с боковым амиотрофическим склерозом, стойкими последствиями инсульта, травмой спинного мозга или параличом.

Исследовательские команды уже показали, что отдельные люди могут использовать BCI в повседневной жизни для общения. При этом технологии ещё требуют дальнейшего изучения и тестирования. Учёные надеются, что через несколько лет такие системы станут доступнее, но сроки и возможности применения для конкретного человека пока нельзя предсказать.

Источник: NIH News in Health — Restoring Communication. Перевод и адаптация для Сити Клиник.