Neue Technologien könnten Menschen mit Lähmungen helfen, wieder zu sprechen
Wissenschaftler sind kurz davor, Technologien zu entwickeln, die die Kodierungs- und Muskelkontrollbefehle des Gehirns verwenden, um Menschen, die aufgrund von Lähmungen die Sprachkraft verloren haben, das erneute Sprechen zu ermöglichen.
Jüngste Forschungen der Northwestern University in Evanston, IL, haben ergeben, dass das Gehirn Sprachgeräusche erzeugt, ähnlich wie es Hand- und Armbewegungen steuert.
Der Befund rückt näher an den Tag, an dem gelähmte Menschen - wie Personen mit „Locked-In-Syndrom“ - über eine „Gehirn-Maschine-Schnittstelle“ sprechen können, indem sie nur versuchen, Worte zu sagen.
Ein Artikel über die Arbeit ist jetzt in der Journal of Neuroscience.
Das Team sieht die Technologie vor, indem die Geräusche des Gehirns zusammen mit den Befehlen, die die Muskeln in den Lippen, der Zunge, dem Gaumen und der Sprachbox steuern, kodiert werden.
"Intuitiver" als Hawkings Technologie
Ein solches System, erklären die Autoren, wäre „intuitiver“ als das des renommierten Physikers Stephen Hawking, der Anfang dieses Jahres im Alter von 76 Jahren starb.
Hawking hatte eine seltene Krankheit namens Amyotrophe Lateralsklerose, die ihn gelähmt machte und den größten Teil seines Lebens nicht in der Lage war, auf natürliche Weise zu sprechen.
Dank einer Computerschnittstelle, die er durch Bewegen seiner Wange steuern konnte, konnte er jedoch Wörter und Sätze schreiben, die ein Sprachsynthesizer dann vorlas.
Obwohl die Methode die Arbeit erledigt, ist sie langsam und mühsam. Es artikuliert nicht die Sprache, die das Gehirn codiert und an die Muskeln sendet, die die Geräusche machen.
Stattdessen muss die Person einen Prozess durchlaufen, der eher dem Schreiben ähnelt. Sie müssen zum Beispiel über die geschriebene Form der Wörter und Sätze nachdenken, die sie artikulieren möchten, nicht nur über ihre Klänge.
„Phoneme und Artikulationsgesten“
Die Studie verfolgt ein Modell der Sprachproduktion, das aus zwei Teilen besteht: der Formulierung von Phonemen und „Artikulationsgesten“.
Der erste ist der hierarchische Prozess des Zerlegens von Sätzen, Phrasen, Wörtern und Silben in einzelne Laute oder Phoneme. Die zweite ist ihre Produktion durch Kontrolle der Muskeln, die den Stimmapparat artikulieren. Bis zu dieser Arbeit war nicht bekannt, wie das Gehirn diese tatsächlich plante und darstellte.
"Wir haben angenommen", bemerkt der leitende Studienautor Dr. Marc W. Slutzky, Associate Professor für Neurologie und Physiologie, "sprachmotorische Bereiche des Gehirns hätten eine ähnliche Organisation wie armmotorische Bereiche des Gehirns."
Er erklärt weiter, dass sie zwei Gehirnbereiche identifiziert haben, die an der Sprachproduktion beteiligt sind, und berichtet: „Der präzentrale Kortex stellte Gesten in größerem Maße dar als Phoneme. Der untere frontale Kortex, der ein übergeordneter Sprachbereich ist, repräsentiert sowohl Phoneme als auch Gesten. “
Er und seine Kollegen machten die Entdeckungen, als sie die Gehirnaktivität bei Menschen mit Elektroden untersuchten, die in ihr Gehirn implantiert waren, während sie operiert wurden, um Tumore zu entfernen. Die Patienten mussten während der Operation bei Bewusstsein sein, weil sie Wörter von einem Bildschirm vorlesen mussten.
Die Autoren erklären:
"Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Sprachproduktion eine ähnliche kritische Organisationsstruktur wie die Bewegung anderer Körperteile aufweist."
"Dies hat wichtige Auswirkungen", schließen sie, "sowohl auf unser Verständnis der Sprachproduktion als auch auf das Design von Gehirn-Maschine-Schnittstellen, um die Kommunikation mit Menschen wiederherzustellen, die nicht sprechen können."
Basierend auf ihren Ergebnissen planen sie nun, einen Algorithmus für die Schnittstelle zwischen Gehirn und Maschine zu entwickeln, der neben der Dekodierung von Gesten auch Wörter bilden kann, indem sie diese kombinieren.
