Nieuwe technologie kan mensen met verlamming helpen weer te praten
Wetenschappers zijn bijna bezig met het bedenken van technologie die de codering van de hersenen en spiercontrolecommando's gebruikt om mensen die hun spraakvermogen hebben verloren door verlamming weer te laten praten.
Recent onderzoek onder leiding van de Northwestern University in Evanston, IL, heeft uitgewezen dat de hersenen spraakgeluiden genereren op een vergelijkbare manier als hoe ze hand- en armbewegingen besturen.
De bevinding brengt de dag dichterbij waarop mensen die verlamd zijn - zoals personen met het "locked-in-syndroom" - in staat zullen zijn om te spreken via een "hersenmachine-interface" door gewoon te proberen woorden te zeggen.
Een paper over het werk staat nu in het Journal of Neuroscience.
Het team voorziet de technologie die de eigen codering van de geluiden door de hersenen gebruikt, samen met de commando's die de spieren in de lippen, tong, gehemelte en stemkast aansturen om ze te produceren.
'Intuïtiever' dan de technologie van Hawking
Zo'n systeem, zo leggen de auteurs uit, zou 'intuïtiever' zijn dan dat van de beroemde natuurkundige Stephen Hawking, die eerder dit jaar op 76-jarige leeftijd stierf.
Hawking had een zeldzame ziekte, amyotrofische laterale sclerose genaamd, waardoor hij het grootste deel van zijn leven verlamd raakte en niet in staat was om op natuurlijke wijze te spreken.
Maar dankzij een computerinterface die hij kon besturen door zijn wang te bewegen, kon hij woorden en zinnen schrijven die een spraaksynthesizer vervolgens voorlas.
Hoewel de methode het werk doet, is het traag en bewerkelijk. Het is niet het articuleren van de spraak die de hersenen coderen en naar de spieren sturen die de geluiden maken.
In plaats daarvan vereist het dat de persoon een proces doorloopt dat meer op schrijven lijkt; ze moeten bijvoorbeeld nadenken over de geschreven vorm van de woorden en zinnen die ze willen articuleren, niet alleen over hun klanken.
‘Fonemen en articulatiebewegingen’
De studie streeft naar een model van spraakproductie dat uit twee delen bestaat: formulering van fonemen en "articulatoire gebaren".
De eerste is het hiërarchische proces waarbij zinnen, zinsdelen, woorden en lettergrepen worden opgesplitst in afzonderlijke klanken of fonemen. De tweede is hun productie door controle van spieren die het spraakkanaal articuleren. Tot dit werk was het niet bekend hoe de hersenen deze eigenlijk hadden gepland en weergegeven.
"We veronderstelden," merkt senior studie auteur Dr. Marc W. Slutzky op, een universitair hoofddocent neurologie en fysiologie, "spraakmotorische gebieden van de hersenen zouden een vergelijkbare organisatie hebben om motorische gebieden van de hersenen te bewapenen."
Hij legt verder uit dat ze twee hersengebieden identificeerden die betrokken zijn bij spraakproductie, en rapporteert: “De precentrale cortex vertegenwoordigde gebaren in grotere mate dan fonemen. De inferieure frontale cortex, een spraakgebied op een hoger niveau, vertegenwoordigde zowel fonemen als gebaren. "
Hij en zijn collega's deden de ontdekkingen tijdens het bestuderen van hersenactiviteit bij mensen met elektroden geïmplanteerd in hun hersenen terwijl ze een operatie ondergingen om tumoren te verwijderen. De patiënten moesten tijdens de operatie bij bewustzijn zijn omdat ze woorden van een scherm moesten voorlezen.
De auteurs leggen uit:
"Deze bevindingen suggereren dat spraakproductie een vergelijkbare kritische organisatiestructuur deelt met beweging van andere lichaamsdelen."
"Dit heeft belangrijke implicaties", concluderen ze, "zowel voor ons begrip van spraakproductie als voor het ontwerp van hersen-machine-interfaces om de communicatie te herstellen met mensen die niet kunnen spreken."
Op basis van hun resultaten zijn ze nu van plan een hersen-machine-interface-algoritme te bouwen dat, naast het decoderen van gebaren, ook woorden kan vormen door ze te combineren.
