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Tencent Technology News, 16. August, laut ausländischen Medienberichten implantierten Ärzte in einem Experiment, das die Erwartungen übertraf, ein Gehirn-Computer-Schnittstellengerät in das Gehirn von Harrell, einem Patienten mit ALS, und erfassten erfolgreich, was er sprachlich auszudrücken versuchte Absicht. Anschließend wurde mithilfe fortschrittlicher künstlicher Intelligenztechnologie eine Ausgabe erzeugt, die Harrells Originalstimme sehr nahe kam, eine Errungenschaft, die Patienten mit Sprachkommunikationsstörungen neue Hoffnung schenkte.

Gehirnimplantate bieten Hoffnung für Menschen mit ALS, die ihre Sprachfähigkeit verlieren

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS), auch amyotrophe Lateralsklerose genannt, betrifft Nervenzellen, die die Bewegung im gesamten Körper steuern. Die Krankheit führt dazu, dass Patienten nach und nach die Fähigkeit verlieren, zu stehen, zu gehen und ihre Gliedmaßen zu benutzen. Manchmal kann es auch dazu führen, dass Patienten die Kontrolle über die Sprachmuskulatur und damit die Fähigkeit zur verbalen Kommunikation verlieren.

Als Casey Harrell vor vier Jahren an ALS erkrankte, verlor er nach und nach die Fähigkeit, intim mit seiner Frau und seiner Tochter zu interagieren – vom Gehen mit seiner Frau über das Halten seiner Tochter im Arm bis hin zum einfachen Umblättern eines Buches. Seine Frau Levana Saxon beschrieb die Krankheit als einen „Dieb in der Nacht“, der ihm stillschweigend alles raubte.

Für den damals 46-jährigen Harrell war nichts herzzerreißender, als die Fähigkeit zu sprechen zu verlieren. Zuvor sang er noch ein letztes warmes Gute-Nacht-Kinderlied für seine Tochter und sang beim Karaoke ein letztes Mal die Klassiker von Whitney Houston. Ich habe meine letzte unabhängige Zoom-Präsentation in meiner Karriere als Klimaaktivistin beendet.

Im Juli letzten Jahres kam es jedoch zu einer plötzlichen Wende zum Besseren. Ein Ärzteteam der University of California in Davis implantierte chirurgisch Elektroden in Harrells Gehirn, um seine Gedanken zu entschlüsseln und seine Fähigkeit zur verbalen Kommunikation wiederherzustellen. Der Schritt macht ihn zum neuesten Testobjekt in einem hochmodernen wissenschaftlichen Bereich, der eine Reihe gut finanzierter Unternehmen anzieht, darunter Elon Musks Neuralink, die zusammenarbeiten, um das menschliche Gehirn direkt mit Computern zu verbinden.

In einem ermutigenden Bericht, der kürzlich im New England Journal of Medicine veröffentlicht wurde, stellen Forscher fest, dass Harrells experimentelle Ergebnisse die Erwartungen weit übertrafen, einen neuen Standard für implantierbare Sprachdecoder setzten und die Vorteile solcher Geräte bei Sprachstörungen hervorhoben.

Obwohl Edward Chang, ein Experte für Neurochirurgie an der University of California in San Francisco, als Pionier auf dem Gebiet der Stimmimplantate nicht direkt an Harrells Behandlung beteiligt war, beklagte er: „Dies ist zweifellos eine aufregende Entwicklung“, betonte A Vor ein paar Jahren war diese Art von Technologie noch nur eine Science-Fiction-Fantasie, aber jetzt wurde sie „schnell iteriert und Tag für Tag verbessert“.

Kann 6.000 Wörter mit einer Genauigkeit von 97,5 % erkennen

Das Behandlungsteam implantierte vier Elektrodenarrays, die wie winzige Nagelplatten aussehen, in Harrells Großhirnrinde. Das waren doppelt so viele wie in einer anderen aktuellen Studie zu Implantaten im Sprachbereich von ALS-Patienten. Jedes Mal, wenn Harrell versucht, durch subtile Bewegungen seiner Lippen, seines Kiefers und seiner Zunge einen Ton zu erzeugen, erfassen die 64 Spitzen jedes Arrays präzise elektrische Signalimpulse von Neuronen, um die Entschlüsselung seiner Absicht zu unterstützen.

Drei Wochen nach der Operation versammelte sich ein Team von Wissenschaftlern in Harrells Wohnzimmer in Oakland, Kalifornien, um eine beispiellose „Plug-in-Zeremonie“ durchzuführen – bei der die empfindlichen Implantate mithilfe cleverer Kabel nahtlos mit einer Reihe von High-Tech-Computern verbunden wurden verbunden mit zwei Metallsäulen, die von Harrells Schädel ausgehen.

Nach einer kurzen Computerschulung beherrschte das System Harrells Sprachmuster schnell und das Implantat schnitt in einem 50-Wörter-Test sofort hervorragend ab und zeichnete seine Absichten mit einer Genauigkeit von 99,6 % auf und analysierte sie.

Dieser überraschende Effekt zwang die Wissenschaftler, ihren Forschungsweg zu überdenken und sogar eine vorgegebene Phase aus dem vorläufigen Analyseprozess zu streichen. Als Harrell zum ersten Mal versuchte zu fragen: „Was nützt es?“ Obwohl seine Stimme vor Aufregung zitterte, konnte sein Lächeln die Tränen nicht verbergen. Diese Szene wurde zu einem Meilenstein.

Für Beobachter mögen die Worte „wie“ und „gut“ in Harrells Mund noch unklar sein, aber für die Elektroden, die tief in die Neuronen seines Gehirns eindringen und eng mit ihnen verbunden sind, sind diese Worte sehr klar. Auf dem Bildschirm spiegelte er Wort für Wort genau die Worte wider, die er immer tief in seinem Herzen ausdrücken wollte.

Das Gerät umgeht geschickt Harrells krankheitsbedingte Gesichtsmuskeln und greift stattdessen direkt auf seinen motorischen Kortex zu, wo verbale Befehle ihren Ursprung haben. Sergey Stavisky, ein Pionier der Neurowissenschaften an der University of California, Davis, sagte: „Der entscheidende Durchbruch besteht darin, anspruchsvollere Arrays präzise in das Sprachzentrum des Gehirns zu implantieren und so eine beispiellose Präzision zu erreichen.“

Am nächsten Tag stellte das System seine erstaunliche Fähigkeit unter Beweis, mehr als 125.000 Wörter mit einer Genauigkeit von 90 % zu erkennen und zum ersten Mal erfolgreich einen Satz zu konstruieren, den Harrell völlig autonom dachte und ausdrückte. Was noch erstaunlicher ist, ist, dass diese Sätze dank der detaillierten Simulation und Wiederherstellung seiner Sprachmerkmale vor der Krankheit durch das Forschungsteam mithilfe von Podcast-Interviews und alten Aufnahmen mit einer Stimme übermittelt werden, die Harrells eigener sehr nahekommt.

„Ich suche einen Geparden“, sagte Harrell einmal während eines Netzwerks für klinische Studien, das von Dr. Leigh Hochberg, einem Neurowissenschaftler an der Brown University und dem Department of Veterans Affairs, geleitet wurde. Diese Aussage war einzigartig und unerwartet Seine zweite spontane Äußerung und ihre Einzigartigkeit veranlassten das Forschungsteam sogar dazu, das Video zu überprüfen, wobei sich letztendlich herausstellte, dass es sich um eine subtile Abweichung im Dekodierungsprozess handelte.

Dieser unerwartete Satz „Ich suche einen Geparden“ sendete jedoch in aller Stille ein wichtiges Signal an den Arzt im Raum: Das Implantat war in der Lage, Harrells persönlichste Sprachfragmente einzufangen – es stellte sich heraus, dass es seine Tochter Aya (Aya) war. ist gerade nach Hause zurückgekehrt, nachdem sie einen Geparden-Strampler angezogen hat, was in ihrem Vater den Wunsch geweckt hat, an ihren kindlichen Fantasien teilzuhaben. Dann fuhr Harrell fort: „Meine liebe Tochter, ich habe zu lange auf diesen Moment gewartet.“

Während Wissenschaftler das System weiter trainieren und optimieren, ist seine Fähigkeit, Harrells Stimme zu erkennen, immer herausragender geworden. Untersuchungen zeigen, dass Harrell über einen Zeitraum von acht Monaten fast 6.000 einzigartige Wörter sprach, während das Gerät eine Genauigkeitsrate von 97,5 % beibehielt, was die Leistung vieler Smartphone-Sprachtranskriptionsanwendungen übertrifft. Im Vergleich zu früheren Untersuchungen hat es eine qualitative Leistung erzielt Sprung. In früheren Studien lag die Erkennungsgenauigkeit des Implantats nur bei etwa 75 %, was bedeutete, dass jedes vierte Wort missverstanden werden konnte.

ChatGPT bietet Hilfestellung und die Sprechweise wird formeller

Obwohl Geräte wie Neuralink die Cursorsteuerung unterstützen können, hat Harrells Implantat ihn zu einer breiteren und komplexeren Ebene der Sprachkommunikation geführt. Dr. David Brandman, ein Neurochirurg, der Harrells Operation durchgeführt hat, sagte: „Diese Technologie hat sich von einer wissenschaftlichen Demonstration zu einem alltäglichen Werkzeug entwickelt, das es Casey (Harrell) ermöglicht, jeden Tag reibungslos zu kommunizieren. Gespräche mit Freunden und Familie.“

Dieser Sprung ist zum Teil darauf zurückzuführenChatGPTund andere Unterstützung durch fortschrittliche Sprachmodelle für künstliche Intelligenz. Harrells Implantat kann die Neuronenaktivität sofort erfassen und die Auslösemuster präzise in Vokale und Konsonanten umwandeln. Der Computer fasst diese Klangfragmente dann geschickt zu Wörtern zusammen und bildet dann Sätze, um sicherzustellen, dass der Ausgabeinhalt Harrells wahrer Absicht am nächsten kommt.

In einem kürzlichen Interview demonstrierte Harrell diesen Prozess aus erster Hand: Während langer Pausen verwob der Computer seine Gedanken in der Stille zu Sätzen, und er verfeinerte die Wörter über den Bildschirm und leitete sich schließlich selbst dazu, den Ton zu erzeugen. Aufgrund der Tendenz des Systems, vollständige Sätze zu generieren, wirken Harrells entschlüsselte Laute jedoch formaler. Das Forschungsteam arbeitet an der Optimierung des Algorithmus der künstlichen Intelligenz, um Harrells einzigartige und ungewöhnlich verwendete Phrasen genauer zu erfassen und darzustellen und so die Kommunikation natürlicher und reibungsloser zu gestalten.

Diese neue Rolle schien Harrell das Selbst zu offenbaren, das ihm lange Zeit verborgen geblieben war. Er und sein Partner fanden das Lachen zurück und teilten die Lebensfreude. Harrell sagte mit Nachdruck, dass das Erlernen einer neuen Sprache ebenso verborgene Persönlichkeitsmerkmale stimulieren kann, dass sein Sprachdecoder es ihm auch ermöglichte, jene Persönlichkeitselemente wiederzugewinnen, die aufgrund von Krankheiten allmählich verblasst waren, selbst wenn sie zwischen digitalen Konvertierungen leicht deformiert wurden. Die Authentizität bleibt erhalten.

Er erwähnte, dass das Gerät gelegentlich seinen alten Tonfall einfing und reproduzierte, wie zum Beispiel „Was geht?“, was ihn zum Lachen brachte und sagte: „Ich liebe diese Szene.“

Darüber hinaus erweiterte das Gehirnimplantat auch Harrells Ausdrucksdimension in der Kommunikation und beeinflusste auch die Rückmeldung seiner Worte durch seine Umgebung. Jetzt kann er seiner fünfjährigen Tochter Aya seine Liebe frei zum Ausdruck bringen, und diese Liebesübertragung ermutigt sie auch, sich ihm mehr zu öffnen.

Harrell enthüllte auch, dass medizinisches Personal, das ihn in der Vergangenheit besuchte, seine Sprachstörung oft missverstanden hatte, als sei sie auf einen geistigen oder Hörfehler zurückzuführen, obwohl die Realität weit davon entfernt war. Jetzt kommunizieren sie nicht nur wieder mit normaler Lautstärke, sondern sind auch bei Berührungen sensibler und respektvoller. Obwohl sich Harrell in dieser Hinsicht hilflos fühlte, weil er sich als Gegenleistung für diese Veränderung einer Gehirnoperation unterziehen musste, „habe ich mich entschieden, loszulassen.“

Das Implantat weckte auch Harrells Sehnsucht nach einer Rückkehr ins gesellschaftliche Leben und seinen Wunsch, sich wieder mit alten Freunden in der Ferne zu verbinden, Freundschaften, die aufgrund von Sorgen und Schüchternheit in die Brüche gegangen waren. Diesmal, sagte Harrell, werde er sich „auf eine für sie akzeptable Weise wieder mit ihnen vereinen“ und so die seit langem bestehende Barriere der Sprachlosigkeit überwinden. „Es hat mir etwas über Vergebung beigebracht“, sagte er. „Ich freue mich darauf, ihnen zu sagen, dass alles in Ordnung ist und es jetzt an der Zeit ist, Wiedergutmachung zu leisten.“

In Zukunft könnte es für Patienten mit schwerer Lähmung geeignet sein

Es gibt Zweifel, ob das Implantat bei Patienten mit schwereren Lähmungen funktioniert. Denn auch wenn sich Harrells Sprachkenntnisse etwas verschlechterten, gingen sie nicht völlig verloren, was die Studie noch komplexer machte.

Darüber hinaus hat diese Technologie zwar einen erheblichen Nutzen gezeigt, die finanzielle Belastung für ALS-Patienten und ihre Familien jedoch nicht wirksam gemindert. Harrells Frau gab bekannt, dass die Versicherungsgesellschaften die Pflegekosten nur dann übernehmen würden, wenn der Patient eine Hospizpflege bekäme oder aufhörte zu arbeiten und sich für Medicaid qualifizierte, eine Situation, die zweifellos die Frustration anderer Patienten, auf lebensverlängernde Behandlungen zu verzichten, noch verstärkte.

Melanie Fried-Oken, Professorin für Neurologie an der Oregon Health and Science University, wies darauf hin, dass es dieser wirtschaftliche Mechanismus ist, der unbeabsichtigt den Verarmungstrend behinderter Menschen verschärft und ihren Zugang zu und Nutzen aus den Möglichkeiten modernster medizinischer Technologien wie Implantate einschränkt .

Für Harrell ist es eine emotional komplexe Erfahrung, in einer Welt zu leben, in der Technologie Computer und Gehirne verbinden, aber nicht die dringendsten finanziellen Probleme lösen kann. Er sagte unverblümt: „Ich fühle mich gleichzeitig glücklich und wütend!“

Im Interview sprach Harrell über die deutliche Verbesserung der Arbeitseffizienz und Unabhängigkeit nach der Operation, die ihn nicht nur stolz machte, sondern auch seine Entschlossenheit bestärkte, zur Förderung des Implantats beizutragen. Bevor er das Gerät jeden Morgen startet, hofft Harrell immer, das System mit einer speziellen Testphrase aufzuwecken, normalerweise einem Liedtext, der tief in seinem Herzen vergraben ist.

Wissenschaftler arbeiten hart daran, diesen Traum Wirklichkeit werden zu lassen. Zuvor versuchte Harrell, das Implantat durch tägliches Singen mit einer Melodie „aufzuwecken“. Kürzlich wählte er einen alten Klassiker einer Band aus Chicago aus, der ihm besonders gefiel, und rezitierte seiner Frau oft liebevoll: „Wenn du mich jetzt verlässt, nimmst du mir den wertvollsten Teil meines Lebens.“ /Goldener Hirsch)