Agencias, Ciudad de México.- Un grupo de científicos de la Universidad de California en San Francisco (UCSF) desarrolló una ‘neuroprótesis del habla’ que ofrecerá a las personas que no pueden hablar debido a una parálisis un nuevo método para comunicarse mediante frases, de acuerdo con un estudio publicado en la revista The New England Journal of Medicine.
Hasta el momento, los trabajos en este campo se han centrado en restaurar la comunicación a través de enfoques basados en la ortografía para que la persona con parálisis teclee las letras una por una como texto. Sin embargo, la nueva ‘neuroprótesis del habla’ traduce las señales del cerebro del paciente a su tracto vocal directamente en forma de palabras que aparecen como texto en una pantalla.
Es decir, la tecnología traduce señales destinadas a controlar los músculos del sistema vocal, en lugar de señales para mover el brazo o la mano para permitir la escritura, lo que da a las personas con parálisis la posibilidad de comunicarse de una manera más rápida y orgánica.
https://twitter.com/ChangLabUcsf/status/1415740203948335105
“Hasta donde sabemos, esta es la primera demostración exitosa de decodificación directa de palabras completas de la actividad cerebral de alguien que está paralizado y no puede hablar”, declaró el autor principal del estudio, el neurocirujano Edward Chang.
El sistema utilizó una pantalla para transcribir en tiempo real las señales del usuario al responder a preguntas como ‘¿Cómo estás hoy?’ y ‘¿Quieres agua?’, logrando transcribir con éxito las respuestas ‘Estoy muy bien’ y ‘No, no tengo sed’, respectivamente.
Las pruebas del sistema han permitido obtener un ratio de transcripción de hasta 18 palabras por minuto, con una precisión de hasta el 93 por ciento en el reconocimiento de las palabras, refinada por el uso de sistemas de autocorrección similares a los de las tecnología de transcripción de voz a texto actuales.
“(El sistema de ‘neuroprótesis de habla’) muestra una gran promesa de restaurar la comunicación al aprovechar la maquinaria del habla natural del cerebro”, ha asegurado el autor principal, el neurocirujano de la Universidad de California en San Francisco Edward Chang, que espera seguir mejorando el sistema con el análisis de más personas con parálisis.
"This is the first successful demonstration of direct decoding of full words from the brain activity of someone who is paralyzed and cannot speak.” In @NEJM, @UCSF neurosurgeon Edward Chang & team describe a new technology for restoring speech: https://t.co/iBNCgS9lBm #ucsfweill pic.twitter.com/z8xnkwn8qL
— UCSF Neurosurgery (@NeurosurgUCSF) July 15, 2021
¿Cómo funciona la ‘neuroprótesis del habla’?
En el estudio participó un hombre de unos 30 años que hace más de 15 sufrió un devastador derrame cerebral que dañó gravemente la conexión entre su cerebro y su tracto vocal y sus extremidades. Desde el momento de la lesión, el hombre, que no quiso ser identificado públicamente, ha tenido extremadamente limitados los movimientos de la cabeza, cuello y extremidades, y se ha comunicado mediante el uso de un puntero sujeto a una gorra para marcar letras en una pantalla.
El participante trabajó con los científicos para crear un vocabulario de 50 palabras que los investigadores lograron reconocer a partir de la actividad cerebral utilizando algoritmos informáticos avanzados. Este vocabulario, que incluye palabras como ‘agua’, ‘familia’ y ‘bueno’, fue suficiente para crear cientos de frases que expresan conceptos aplicables a la vida diaria de ese hombre.
Una matriz de electrodos de alta densidad fue implantada sobre la corteza motora del habla del paciente, tras lo cual los científicos registraron 22 horas de actividad neuronal en esta región del cerebro durante 48 sesiones y varios meses. En cada sesión, el hombre intentó decir cada una de las 50 palabras del vocabulario muchas veces mientras los electrodos registraban las señales cerebrales de su corteza del habla.
Posteriormente, los investigadores utilizaron modelos de redes neuronales personalizados, que son formas de inteligencia artificial, para traducir los patrones de actividad neuronal registrada en palabras específicas. Cuando el participante intentó hablar, estas redes distinguieron patrones sutiles en la actividad cerebral para detectar intentos de habla e identificar qué palabras estaba tratando de decir.
https://twitter.com/docramiro/status/1415491322174128131
Como resultado, el sistema pudo decodificar palabras de la actividad cerebral a una velocidad de hasta 18 palabras por minuto con una precisión de hasta el 93 % y un promedio del 75 %. En un video del experimento se puede ver como en la pantalla aparece la pregunta ‘¿Cómo estás hoy?’ y el participante responde: ‘Estoy muy bien’.
“Hemos demostrado que en realidad es posible facilitar la comunicación de esta manera y que tiene potencial para usarse en entornos de conversación”, señaló uno de los autores del estudio, David Moses. Los investigadores ahora están trabajando para aumentar la cantidad de palabras en el vocabulario disponible y mejorar la velocidad del habla, además de planear ampliar los ensayos para incluir a más participantes afectados por parálisis grave y déficits de comunicación.
La nueva tecnología supone la primera vez que se decodifica de forma directa el cerebro de una persona paralizada que no puede hablar y se transforma en palabras completas, según han asegurado sus autores y recoge la Universidad de California.
En lugar de sistemas basados en escribir letra a letra, como sucedía en la mayor parte de soluciones actuales, la nueva neuroprótesis emplea las señales cerebrales que se envían para controlar a los músculos del tracto vocal que producen el habla.
https://twitter.com/picardonhealth/status/1415424328611495936
De esta manera, en los casos en los que la parálisis impide que las personas hablen, el análisis de las señales cerebrales puede permitirles hablar con una velocidad superior a los sistemas basados en escritura, hasta las 150 o 200 palabras por minuto que se producen al hablar.
Los investigadores analizaron primero los datos de sensores de pacientes con epilepsia que sí podían hablar, y después pasaron a personas con parálisis sin habla, mapeando la actividad del córtex cerebral asociada al movimiento de los músculos del tracto vocal que producen cada sonido de vocal o consonante.
Posteriormente, estas señales cerebrales se usaron para reconocer palabras completas a través de un método de decodificación en tiempo real que se basa en la decodificación de estos patrones y en modelos de lenguaje estadísticos para mejorar la precisión.
Con la colaboración de un voluntario que padece parálisis desde hace 15 años, los investigadores han logrado reconstruir un vocabulario de 50 palabras que se lograban reconocer a partir de las señales cerebrales del paciente.
La medición de las señales cerebrales se pudo realizar con la implantación quirúrgica de un conjunto de electrodos de alta densidad en el córtex motor del paciente, la zona del cerebro encargada de producir el habla. Con ello, se analizaron los intentos de pronunciar las 50 palabras.
BREAKING: The first results of a clinical trial from @ChangLabUcsf show a paralyzed person using a neuroprosthetic device to directly translate brain activity into full sentences, without the need to spell words letter-by-letter. @NeurosurgUCSF https://t.co/rDneiBYQWU
— UC San Francisco (@UCSF) July 14, 2021
