อุปกรณ์ฝังในสมองที่ช่วยให้ผู้ป่วยอัมพาตสามารถเขียนด้วยความคิดได้

การสูญเสียเสียงหรือความสามารถในการพิมพ์ข้อความง่ายๆ อาจหมายถึง สำหรับผู้ที่ป่วยเป็นโรคนี้ อัมพาตอย่างรุนแรงนี่ไม่ใช่แค่ข้อจำกัดทางกายภาพเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับการที่ความเป็นอิสระ ความสัมพันธ์ และแผนชีวิตของพวกเขาถูกลดทอนลงไปอย่างมาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีทางประสาทวิทยาได้มุ่งเน้นไปที่ปัญหานี้ โดยพยายามหาวิธีให้บุคคลเหล่านี้สามารถสื่อสารได้อีกครั้งโดยไม่ต้องพึ่งพาระบบที่ช้าและเหนื่อยล้า

ในบริบทนี้ ทีมวิจัยจากสหรัฐอเมริกาได้ทำการทดสอบและประสบความสำเร็จแล้ว อินเทอร์เฟซระหว่างสมองและคอมพิวเตอร์แบบฝังในร่างกาย อุปกรณ์นี้สามารถแปลงการเคลื่อนไหวของนิ้วมือให้เป็นข้อความบนแป้นพิมพ์เสมือนจริงได้ อุปกรณ์นี้ยังอยู่ในช่วงทดลอง แต่ได้รับการทดสอบกับผู้ป่วยสองคนที่เกือบเป็นอัมพาตอย่างสมบูรณ์ และสามารถพิมพ์ได้เร็วและแม่นยำใกล้เคียงกับผู้ที่ไม่มีความพิการทางด้านการเคลื่อนไหว

อุปกรณ์ประสาทเทียมที่แปลงความพยายามในการพิมพ์เป็นตัวอักษร

ผลงานนี้ลงนามโดยนักวิทยาศาสตร์จาก สถาบันประสาทวิทยาศาสตร์ แมสซาชูเซตส์ เจเนอรัล บริกแฮมในบอสตัน และของ มหาวิทยาลัยบราวน์ซึ่งได้ร่วมมือกันมานานหลายปีในกลุ่มพันธมิตร BrainGate ซึ่งเป็นโครงการที่มุ่งเน้นการพัฒนา ระบบเชื่อมต่อสมองกับคอมพิวเตอร์สำหรับผู้ที่เป็นอัมพาตงานวิจัยชิ้นใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ Nature Neuroscience อธิบายถึงอุปกรณ์ช่วยเขียนแบบประสาทเทียมที่ไม่เคลื่อนเคอร์เซอร์ แต่ใช้แป้นพิมพ์ QWERTY แบบดั้งเดิมเป็นจุดเริ่มต้นแทน

เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ นักวิจัยจึงทำการฝังอุปกรณ์ เซ็นเซอร์ไมโครอิเล็กโทรดในคอร์เทกซ์มอเตอร์บริเวณสมองที่ควบคุมการเคลื่อนไหวของมือและนิ้วโดยสมัครใจ ไมโครอิเล็กโทรดเหล่านี้ตรวจจับกิจกรรมทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อบุคคลพยายามขยับนิ้วเพื่อกดปุ่มในใจ แม้ว่าร่างกายจะไม่สามารถทำท่าทางนั้นได้เนื่องจากอาการบาดเจ็บ

ผู้เข้าร่วมจะเห็นสิ่งหนึ่งอยู่ตรงหน้า แป้นพิมพ์ QWERTY มาตรฐาน พร้อมด้วยภาพแสดงแผนผังของนิ้วมือ แต่ละตัวอักษรจะสัมพันธ์กับการจัดวางตำแหน่งของนิ้วมือที่เฉพาะเจาะจง (เช่น ยกขึ้น ลง หรือ งอ) เมื่อผู้ใช้จินตนาการถึงการเคลื่อนไหวเหล่านี้ อิเล็กโทรดจะรวบรวมสัญญาณประสาทและส่งไปยังระบบคอมพิวเตอร์ที่... แปลงเป็นตัวอักษร.

กระบวนการไม่ได้หยุดอยู่แค่นั้น: สัญญาณเอาต์พุตจากตัวถอดรหัสจะผ่านไปอีกขั้นตอนหนึ่ง แบบจำลองภาษาเชิงทำนายเช่นเดียวกับฟังก์ชันแก้ไขคำผิดอัตโนมัติในโทรศัพท์มือถือ ฟังก์ชันนี้ช่วยแก้ไขข้อผิดพลาดและเติมเต็มคำ เพื่อให้ประโยคสุดท้ายมีความสอดคล้องและตรงกับความตั้งใจของผู้ป่วยมากที่สุด

ใช้ผู้ป่วยสองรายที่มีอาการอัมพาตรุนแรงเป็นกรณีศึกษา

การทดลองนี้ดำเนินการโดยมีผู้เข้าร่วมสองคน อัมพาตขั้นรุนแรงมากผู้เข้าร่วมรายหนึ่งเป็นโรคกล้ามเนื้ออ่อนแรงขั้นรุนแรง (ALS) และอีกรายหนึ่งเป็นโรค... การบาดเจ็บไขสันหลังส่วนคอ ซึ่งส่งผลให้เขาเป็นอัมพาตทั้งสี่แขนขา ทั้งคู่เป็นส่วนหนึ่งของโครงการทางคลินิก BrainGate และได้ให้ความยินยอมในการทดสอบอุปกรณ์เขียนประสาทเทียมแบบใหม่

หลังจากการผ่าตัดฝังไมโครอิเล็กโทรดเสร็จสิ้นลง อาสาสมัครได้รับการฝึกอบรมการใช้งานระบบเป็นเวลาสั้นๆ ใช้เวลาประมาณ วลีสอบเทียบ 30 วลี เพื่อให้ซอฟต์แวร์สามารถปรับอัลกอริธึมการถอดรหัสให้เข้ากับสัญญาณประสาทของแต่ละบุคคล จากนั้น พวกเขาถูกขอให้เขียนข้อความโดยใช้เพียงการขยับนิ้วบนแป้นพิมพ์เสมือนที่แสดงบนหน้าจอ

ผลลัพธ์ที่ได้นั้นน่าทึ่งมากทั้งในด้านความเร็วและความแม่นยำ ผู้เข้าร่วมคนหนึ่งทำความเร็วสูงสุดได้ถึง 110 ตัวอักษรต่อนาทีนั่นหมายความว่าสามารถพิมพ์ได้ประมาณ 22 คำต่อนาที โดยมีอัตราความผิดพลาดอยู่ที่ 1,6% อัตราความผิดพลาดนี้ใกล้เคียงกับการพิมพ์ด้วยมือบนแป้นพิมพ์จริงหรือบนหน้าจอสมาร์ทโฟน

อาสาสมัครคนที่สองซึ่งป่วยเป็นโรค ALS ขั้นรุนแรงและต้องใช้เครื่องช่วยหายใจ ก็ประสบความสำเร็จเช่นกัน สร้างประโยคที่เข้าใจได้ ผ่านระบบดังกล่าว แม้ว่าจะด้วยความเร็วที่ค่อนข้างช้าก็ตาม ในกรณีของเขา ความสำคัญของความก้าวหน้านั้นน่าสังเกตเป็นพิเศษ เนื่องจากเขาได้สูญเสียความสามารถในการพูดไปโดยสิ้นเชิง และไม่สามารถใช้เทคโนโลยีช่วยเหลือแบบดั้งเดิมได้โดยปราศจากความพยายามอย่างมาก

ประเด็นสำคัญประการหนึ่งของการทดลองนี้คือ ผู้ป่วยทั้งสองรายสามารถ... ใช้เครื่องนี้ในบ้านของคุณเองและไม่ใช่แค่ในโรงพยาบาลหรือห้องปฏิบัติการเท่านั้น นี่แสดงให้เห็นว่า ด้วยการพัฒนาเพิ่มเติม เทคโนโลยีนี้อาจถูกนำไปบูรณาการเข้ากับระบบสนับสนุนในชีวิตประจำวัน เพื่อให้ผู้ที่ประสบภาวะอัมพาตอย่างรุนแรงสามารถสื่อสารจากที่บ้านกับสมาชิกในครอบครัว ผู้ดูแล หรือผู้เชี่ยวชาญด้านการดูแลสุขภาพได้

เหตุใดอินเทอร์เฟซนี้จึงแตกต่างจากระบบปัจจุบัน

ปัจจุบัน ผู้ที่เป็นอัมพาตหลายคนที่ยังสามารถควบคุมการเคลื่อนไหวของดวงตาได้บ้าง พึ่งพา... อุปกรณ์ติดตามการเคลื่อนไหวของดวงตาระบบเหล่านี้อนุญาตให้ผู้ใช้เลือกตัวอักษรหรือไอคอนโดยการเลื่อนสายตาไปบนหน้าจอ แต่จากคำบอกเล่าของผู้ป่วยเอง ระบบเหล่านี้ทำงานช้า เหนื่อยล้า และมีโอกาสเกิดข้อผิดพลาดสูง ในหลายกรณี ผู้ใช้จึงเลิกใช้ไปในที่สุดเนื่องจากความรู้สึกหงุดหงิดที่ได้รับ

อุปกรณ์ประสาทเทียมของ BrainGate ใช้แนวทางที่แตกต่างออกไป: แทนที่จะติดตามการมองหรือเคลื่อนเคอร์เซอร์ด้วยความคิด มันมุ่งเน้นไปที่... ถอดรหัสความพยายามในการเคลื่อนไหวของนิ้วมือ บนแป้นพิมพ์ที่คุ้นเคยสำหรับผู้ที่อ่านออกเขียนได้เกือบทุกคน กลยุทธ์นี้มีข้อดีที่ชัดเจนสองประการ ประการแรก ช่วยให้เราใช้ประโยชน์จากความจำด้านการเคลื่อนไหวที่ผู้ป่วยหลายคนพัฒนาขึ้นมาจากการใช้แป้นพิมพ์จริงเป็นเวลาหลายปี ประการที่สอง ช่วยให้เอื้อมถึงได้ง่ายขึ้น ความเร็วในการเขียนที่สูงขึ้น ดีกว่าระบบช่วยสื่อสารเสริมอื่นๆ

นอกจากนี้ การใช้อัลกอริธึมปัญญาประดิษฐ์ ทั้งในการถอดรหัสสัญญาณประสาทและการสร้างแบบจำลองภาษา ช่วยเพิ่มความแม่นยำโดยไม่จำเป็นต้องใช้ความพยายามทางความคิดมากเกินไปจากผู้ใช้ ผู้ใช้ไม่จำเป็นต้อง "คิดถึงตัวอักษรแต่ละตัว" แต่เพียงแค่จินตนาการถึงการขยับนิ้วราวกับว่ากำลังพิมพ์อยู่จริง ๆ

จากข้อมูลของทีมวิจัย การผสมผสานระหว่างเซ็นเซอร์ฝังในร่างกาย การประมวลผลสัญญาณขั้นสูง และแบบจำลองภาษา จะพลิกโฉมวงการนี้ไปอย่างสิ้นเชิง อินเทอร์เฟซระหว่างสมองและคอมพิวเตอร์ นับเป็นทางเลือกที่น่าเชื่อถือมากขึ้นเมื่อเทียบกับวิธีการรักษาแบบเดิม อย่างน้อยก็สำหรับผู้ป่วยกลุ่มหนึ่งที่มีอาการอัมพาตรุนแรงซึ่งไม่ได้รับการตอบสนองที่เพียงพอจากระบบการรักษาแบบทั่วไป

บทบาทของกลุ่มพันธมิตร BrainGate และการคาดการณ์ในอนาคต

การพัฒนาอุปกรณ์ประสาทเทียมนี้เป็นส่วนหนึ่งของงานของกลุ่มพันธมิตร BrainGateสมาคมประสาทวิทยาศาสตร์นานาชาติ (INCAA) ก่อตั้งขึ้นในปี 2004 รวบรวมนักประสาทวิทยา นักวิทยาศาสตร์ประสาท วิศวกร นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ ศัลยแพทย์ระบบประสาท นักคณิตศาสตร์ และผู้เชี่ยวชาญอื่นๆ จากสถาบันการศึกษาต่างๆ เป้าหมายร่วมกันของพวกเขาคือการสร้างเทคโนโลยีที่ช่วยให้... กู้คืนฟังก์ชันที่สูญหาย ในผู้ป่วยที่มีโรคทางระบบประสาท การบาดเจ็บที่ไขสันหลัง หรือการตัดแขนขา

ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา BrainGate ได้แสดงให้เห็นในการทดลองแบบควบคุมว่าอินเทอร์เฟซระหว่างสมองกับคอมพิวเตอร์สามารถนำมาใช้เพื่อ... ควบคุมเคอร์เซอร์ แขนหุ่นยนต์ หรืออุปกรณ์ภายนอก โดยอิงจากกิจกรรมของสมอง ความก้าวหน้าที่ได้รับการตีพิมพ์ล่าสุดนี้เน้นเฉพาะการสื่อสารด้วยการเขียน ซึ่งเป็นส่วนสำคัญสำหรับผู้ที่สูญเสียทั้งความสามารถในการพูดและความสามารถในการใช้แป้นพิมพ์

ผู้รับผิดชอบการทดลองเน้นย้ำว่าเทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัย คำถามต่างๆ เช่น ประเด็นต่อไปนี้ ยังคงต้องหาคำตอบ: ความทนทานของวัสดุปลูกถ่ายความเสถียรของสัญญาณเมื่อเวลาผ่านไป ความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นจากการผ่าตัด ความสะดวกในการใช้งานของระบบภายในประเทศ หรือความเหมาะสมกับการจัดหาเงินทุนของระบบสาธารณสุข รวมถึงระบบของยุโรป

แม้จะมีการใช้มาตรการป้องกันเหล่านี้ ทีมงานก็ยังเชื่อว่าอุปกรณ์นี้จะเปิดทางให้ภาคอุตสาหกรรมพัฒนาไปในระยะกลางได้ รุ่นเชิงพาณิชย์ของอุปกรณ์ประสาทเทียม ปรับให้เหมาะสมกับผู้ป่วยที่มีลักษณะอัมพาตแตกต่างกัน กลุ่มพันธมิตรเน้นย้ำว่าความร่วมมือระหว่างศูนย์วิจัยทางวิชาการและบริษัทต่างๆ จะเป็นกุญแจสำคัญในการนำผลการทดลองเหล่านี้ไปสู่การแก้ปัญหาทางคลินิกอย่างแท้จริง

ความเกี่ยวข้องกับผู้ป่วยในยุโรปและความท้าทายในอนาคต

แม้ว่าการศึกษาจะดำเนินการในสหรัฐอเมริกา แต่ผลกระทบของมันมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับผู้คนที่มี โรค ALS, การบาดเจ็บไขสันหลัง หรือโรคหลอดเลือดสมอง ในยุโรป รวมถึงสเปน ที่จำนวนประชากรสูงวัยและการเพิ่มขึ้นของโรคทางระบบประสาทเสื่อม ทำให้ความต้องการเทคโนโลยีช่วยเหลือด้านการสื่อสารเพิ่มสูงขึ้นทุกปี

ในระบบสาธารณสุขอย่างเช่นของสเปน ซึ่งมีส่วนประกอบของภาครัฐที่แข็งแกร่ง การพัฒนาประเภทนี้มักได้รับการประเมินไม่เพียงแต่ในด้านประสิทธิภาพทางคลินิกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงด้านอื่นๆ ด้วย ความคุ้มค่าและศักยภาพในการบูรณาการ ในเครือข่ายการฟื้นฟูระบบประสาทและการดูแลที่บ้าน ความเป็นไปได้ที่อินเทอร์เฟซระหว่างสมองและคอมพิวเตอร์จะทำงานในสภาพแวดล้อมที่บ้านนั้นสนับสนุนการนำไปใช้ในอนาคต โดยมีเงื่อนไขว่าอุปกรณ์จะต้องง่ายขึ้นและส่วนประกอบมีราคาถูกลง

เมื่อมองไปข้างหน้าในอีกหลายปีข้างหน้า นักวิจัยได้เสนอแนวทางการปรับปรุงหลายด้าน หนึ่งในนั้นเกี่ยวข้องกับการนำเสนอ แป้นพิมพ์แบบกำหนดเองหรือระบบชวเลข ซึ่งช่วยให้พิมพ์ได้เร็วยิ่งขึ้น และอีกประการหนึ่งคือการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีเดียวกันนี้เพื่อพยายามฟื้นฟูการเคลื่อนไหวในการเอื้อมและจับสิ่งของในผู้ที่เป็นอัมพาตแขน โดยใช้รูปแบบกิจกรรมทางประสาทที่ระบุไว้แล้ว

นอกจากนี้ยังมีการพูดถึงการผสานรวมอินเทอร์เฟซเหล่านี้เข้ากับเครื่องมือสนับสนุนอื่นๆ เช่น โปรแกรมอ่านหน้าจอ ผู้ช่วยเสียง หรืออุปกรณ์บ้านอัจฉริยะ โดยมีเป้าหมายเพื่อสร้าง สภาพแวดล้อมการอยู่อาศัยที่เข้าถึงได้ง่ายยิ่งขึ้น สำหรับผู้ที่ต้องพึ่งพารถเข็นหรือต้องการการดูแลอย่างต่อเนื่อง ทั้งหมดนี้อยู่ภายใต้หลักการเดียวกันคือ การเชื่อมต่อสมองของบุคคลนั้นกับโลกรอบตัวอีกครั้ง เมื่อร่างกายของพวกเขาหยุดตอบสนอง

โดยสรุปแล้ว การทดลองทางคลินิกครั้งใหม่นี้แสดงให้เห็นว่า อินเทอร์เฟซระหว่างสมองและคอมพิวเตอร์แบบฝังในร่างกาย เทคโนโลยีนี้สามารถมอบรูปแบบการสื่อสารด้วยลายลักษณ์อักษรที่รวดเร็ว แม่นยำ และเสถียรเพียงพอสำหรับผู้ป่วยอัมพาตขั้นรุนแรง ซึ่งสามารถใช้ในชีวิตประจำวันได้ นับเป็นก้าวสำคัญสู่การแก้ปัญหาที่ไม่เพียงแต่ช่วยยืดอายุขัย แต่ยังช่วยให้ผู้ป่วยสามารถใช้ชีวิตได้อย่างอิสระมากขึ้น และสามารถติดต่อสื่อสารกับผู้อื่นได้ดียิ่งขึ้น