Úplný tetraplegik je hrozná diagnóza. Je to jen o málo lepší než rozsudek smrti. Tento stav, často způsobený vážným poraněním míchy nebo nemocemi, jako je amyotrofická laterální skleróza (ALS), vede k úplné fyzické paralýze od krku dolů. Pacienti se stávají zcela závislými na druhých. Ztrácejí schopnost mluvit nebo se pohybovat. Izolace se prohlubuje. Jsme zvyklí brát chůzi z místnosti do místnosti jako samozřejmost. U osoby s úplnou tetraplegií tato jednoduchá akce vyžaduje přítomnost další osoby.
Představte si, že by ochrnutý člověk mohl ovládat elektrický invalidní vozík pouze svými myšlenkami. Tohle už není sci-fi. To zahrnuje úplné obejití poškozených nervů. Technologie jako tyto otevírají cestu k nezávislosti. Slibují také, že obnoví řeč těm, kteří ji ztratili. Podíváme se na to, jak konkrétní společnost toto „co kdyby“ proměňuje ve skutečnost.
Neurobiologie pohybu
Každá fyzická akce začíná ve vašem mozku. Neurony generují drobné elektrické signály. Tyto signály se pohybují podél axonů a dendritů. Procházejí nervovým systémem. Když se dostanou do požadované části těla, motorické neurony aktivují svaly. Akce probíhá.
Téměř každý signál prochází svazkem nervů v míše. Pokud je mícha přerušena nebo vážně poškozena, spojení je přerušeno. Signály nemohou dosáhnout svého cíle. Při neuromuskulárních onemocněních dochází k degeneraci motorických neuronů. Mozek stále vysílá příkazy. Tělo je nedokáže uvést do pohybu. Spojení je přerušeno.
Řešení tohoto problému vyžaduje zachycení signálů dříve, než dosáhnou zlomu. To je základní logika myšlenkově ovládaných invalidních vozíků.
Stephen Hawking Řešení
Stephen Hawking je slavný příklad. Tento fyzik má ALS. Téměř úplně ztratil kontrolu nad svými svaly. Stále však může stisknout tlačítko pravou rukou. Jeho invalidní vozík používá k ovládání toto tlačítko. Na obrazovce se zobrazí ikony. Vybírá je synchronizací stisknutí tlačítka s pohybem kurzoru nad požadovanou možností.
Tento systém ovládá jeho invalidní vozík. Otevře dveře. Zahrnuje domácí spotřebiče. Také generuje řeč. Na obrazovce se zobrazí abeceda. Kurzor se pohybuje nad písmeny. Každé písmeno vybere stisknutím tlačítka. Počítač udělá návrh. Odešle text do syntetizéru řeči zabudovaného v jeho židli.
Hawkingova schopnost pohybovat jedním prstem ho odlišuje. Většina lidí s paralýzou nemůže vůbec komunikovat s řídicími systémy. Jsou uzamčeni ve svém vlastním těle bez jakýchkoli prostředků pro výstup informací. Hawkingův systém je řešení. Funguje to díky jeho zachování kontroly nad konkrétními svaly.
Další krok: přímá nervová kontrola
Hawkingova metoda je působivá. Ale to není konečné řešení. Spoléhá na zachování svalů prstů. A co člověk, kterému nezbývá žádná svalová kontrola? Nemůže stisknout tlačítko. Nemůže pohnout okem.
Cílem je přímo číst záměry mozku. Tím se obejde poškozená mícha nebo degenerované neurony. To zcela postrádá přerušené spojení. Zařízení zachycuje nervový signál. Přenáší ho do týmu. Vozík se pohybuje. Objeví se kurzor. Jsou vybrána písmena.
To je místo, kde se technologie liší od Hawkingova systému. Nevyžaduje zbytkovou funkci motoru. Chce to jen fungující mozek. Hardware se nachází na temeni hlavy nebo uvnitř lebky. Zachycuje elektrický šum myšlenky. Filtruje statický šum. Izoluje záměr.
Proč je to obtížnější než vytvořit jednoduché dálkové ovládání? Mozek je chaotický. Miliony neuronů vystřelí současně. Oddělit konkrétní příkaz od hluku je obtížné. Algoritmy se musí naučit jedinečné neurální vzorce uživatele. Chce to čas. Vyžaduje to trénink. Systém se přizpůsobí mozku uživatele a ne naopak.
Beyond the Motion: Obnova hlasu
Stejná technologie dokáže obnovit řeč. Hawkingův systém generuje řeč z textu. Je pomalá. Je to mechanické. Přímé neurální dekódování může být rychlejší. Dokáže zachytit přirozený rytmus řeči. V mozku jsou oblasti věnované vokalizaci. Tyto oblasti pálí v určitých vzorcích, když mluvíme.
Dekódováním těchto vzorců může počítač syntetizovat řeč, která zní přirozeněji. Dokáže napodobit intonaci. Umí předávat emoce. Pro člověka, který ztratil schopnost mluvit, je to osvobozující. Vrátí mu to hlas. To ho přivádí zpět do kontaktu se světem.
Překážkou není jen hardware. Toto jsou data. Potřebujeme velké datové sady nervové aktivity mapované na odvozenou řeč. Potřebujeme zmapovat jazyková centra mozku s vysokou přesností. Právě zde posouvají výzkumné laboratoře hranice možného. Zaznamenávají aktivitu tisíců neuronů současně. K dekódování signálů používají strojové učení.
Cesta před námi
Potenciál je zde obrovský. Nejde jen o invalidní vozíky. Jde o nezávislost. Jde o důstojnost. Každá minuta, kterou člověk stráví v závislosti na druhém, je minutou ztracené autonomie. Technologie, která obnovuje nezávislost, tuto dynamiku mění.
Ale existují překážky. Silniční zařízení. Vyžadují údržbu. Zatím nejsou “plug and play” [IMG:0]
Ambient, společnost stojící za Audeo, byla založena Michaelem Callahanem a Thomasem Colemanem. Jejich původní cíl byl jednoduchý, ale hluboký: dát hlas lidem s těžkým postižením. Tím však nezůstali. Rozšířili možnosti technologie tím, že uživatelům umožnili ovládat invalidní vozíky a komunikovat s počítači. Výsledkem je systém, který obchází poškozené tělo a jde přímo k záměrům mozku.
Věda o subvokální řeči
Celý koncept je založen na specifickém neurologickém rysu. Když přemýšlíte o mluvení, váš mozek vysílá signály do oblasti krku. Říká se tomu subvokální řeč. Děláte to pořád. Myslete na slovo, aniž byste ho vyslovili nahlas. Váš mozek stále vysílá stejné signály motorických neuronů. Obvykle je mícha přenáší do úst. Pro uživatele systému Audeo je toto spojení přerušeno. Mícha je poškozená nebo nefungují svaly krku. Signály dosáhnou místa, ale zůstanou tam. Nevyslovený. Zamčeno.
Audeo je chytí.
Zachycování signálu
Hardware je zdánlivě jednoduchý. Lehký přijímač je umístěn na krku uživatele. Toto je pole senzorů umístěných přímo u Adamova jablka. Funguje jako elektroencefalograf (EEG), který čte mozkové vlny přes pokožku hlavy. Ale Audeo je přímější. Protože je připojen k hrdlu, snímá elektrické potenciály specifické pro řeč. Malé změny napětí. Ty samé, které vznikají, když se v duchu pokoušíte říct „ahoj“.
Tyto senzory zaznamenávají aktivitu. Zašifrují to. Poté se bezdrátově přenese do počítače. Počítač neslyší jen hluk. Vykládá. Zná vzory. Převádí tichý záměr v čin.
Od myšlenky k textu a pohybu
Podívejme se na tento proces v reálném čase. Chcete říct: “Ahoj, jak se máš?” Představte si tuto frázi. Váš mozek vysílá úplně stejné signály, jako kdybyste je křičeli. Přijímač Audeo je zvedne. Počítač rozpozná specifické vzory pro tato slova a fonémy. Spojuje je dohromady.
Funguje podobně jako software pro rozpoznávání hlasu. Ale jaký je v tom rozdíl? Nevydáváš zvuk. Počítač vyšle konečný elektronický signál do sady reproduktorů. Reproduktory vyslovují vaše tiché myšlenky.
Management funguje podobným způsobem. Pokud chcete pohnout invalidním vozíkem, naučíte se určitou subvokální frázi. Myslíš dopředu. Systém Audeo interpretuje tento signál nikoli jako slovo k mluvení, ale jako příkaz k pohybu. Myslíte “doleva”. Kočárek se otáčí. Není třeba používat ruce. Žádný pohyb rtů. Jediný záměr.
Pod kapotou
Technický základ se opírá o vybavení od National Instruments. Zejména k řadiči CompactRIO. Sbírá nezpracovaná data z těch senzorů krku. Vestavěný software nazvaný LabVIEW dělá těžkou práci. Zpracovává data. Převádí elektrické signály na použitelné řídicí funkce.
Ambient výrazně zlepšil komunikační aspekt. Dřívější verze mohou být přerušované. Uživatelé nyní mohou vytvářet souvislou řeč. Už to není boj jedno slovo za druhým. Řeč plyne hladce. Systém rozumí kontextu. Rozumí rytmu.
Proč na tom záleží? Nejde jen o pohodlí. Jde o svobodu jednání. U člověka s poraněním míchy je často přerušen most mezi myšlením a jednáním. Audeo přestavuje tento most. Využívá části nervového systému, které stále fungují. Proměňuje ticho v řeč. Proměňuje myšlenku v pohyb.
Technologie je precizní. Aplikace dává svobodu. Ale rozhraní zůstává lidské. Nemusíte se učit nový jazyk. Jen je potřeba přemýšlet. Zbytek je strojírenství.
Omezení stále existují. Systém vyžaduje kalibraci. Potřebuje jídlo. Potřebuje poblíž počítač. Ale pro miliony lidí, kteří ztratili hlas nebo mobilitu, dohoda nic neznamená. Signál je jasný. Závěr je okamžitý.
A co uživatelé? Jen si povídají. Klid. Sám sebou. S autem.
Ticho prostoru a cena přístupu
NASA studuje víc než jen hvězdy. Sledují váš krk.
Agentura vyvíjí systém, který umožňuje astronautům tiše psát nebo vydávat příkazy počítačům. Proč? Protože prostor je hlučný. Dostihy ve vesmíru jsou chaotické. Na Mezinárodní vesmírné stanici neustále běží ventilátory, čerpadla a stroje. Standardní systémy rozpoznávání hlasu si s tímto hlukem neporadí. Slyší hučení stanice, ne povel.
Subvokální řeč tento problém řeší. Neřekneš to slovo. Jednoduše pohnete hrdlem, jako byste to říkali. Vzduch nevychází. Není slyšet žádný zvuk. Pro vnějšího posluchače mlčíte. Kvůli senzorům křičíš.
Na krku uživatele jsou umístěny dva malé senzory. Zaznamenávají mikroskopické pohyby svalů hrtanu a hlasivek. Systém ale nefunguje na principu „plug and play“. Potřebuje trénink.
Musíš ji naučit poznávat tě.
Naučit software rozpoznávat šest až deset slov trvá asi hodinu. Od roku 2006 byl limit přísný: 25 slov a 38 fonémů. To sotva stačí na základní konverzaci. Ale přesnost? Vysoký. Více než 90 procent.
V prvních testech byl systém řízen webovým prohlížečem. Otevřela vyhledávač. Bylo napsáno „NASA“. Uživatel přitom zůstal zcela zticha.
“Můžete mluvit potichu na mobilním telefonu.”
To je podstata návrhu. Není to jen pro prostor.
Podívejme se na oblasti použití. Vojenské operace, kde je zachování mlčení zásadní pro život a smrt. Pracovníci ostrahy v citlivých oblastech. Nebo si jen mluvte na svém mobilním telefonu v knihovně, aniž byste rušili ostatní. A co uživatelé se zdravotním postižením? To by mohl být průlom. Lidé, kteří nemluví, ale udržují si kontrolu nad svými krčními svaly, budou schopni komunikovat nezávisle.
Ale tady je ten háček. Je to drahé. Je to složité. A není k dispozici ve vašem místním obchodě s elektronikou.
Společnost Ambient, která stojí za některými z těchto zařízení, neposkytla žádné ceny. Časový rámec jeho uvedení na trh neuvedla. Nereagovali ani na žádosti o informace. Takže zatímco technologie funguje, komerční cesta zůstává nejasná.
Dr. Chuck Jorgensen, hlavní vědec pro neuroinženýrství ve Space Science Center NASA. Ames, uvedl předpověď v rozhovoru pro The Future of Things. Komerční subvokální komunikace bude podle něj dostupná za dva až čtyři roky. To bylo v roce 2006.
Tento termín jsme již překročili. Technologie se vyvinula, ale základní problém zůstává: jak překlenout propast mezi záměrem a akcí, když tělo nevyhovuje?
Co když to nebude fungovat?
Ne každý může používat subvokální ovládání. Někteří pacienti mají tak těžkou paralýzu, že ani krční svaly nemohou fungovat. Pro ně je rozhodnutí NASA zbytečné.
co zbývá?
Pokud stále můžete hýbat hlavou nebo rameny, existují starší, jednodušší metody. Pohybem hlavy doleva otočíte židli. Nakloňte bradu. Je to neslušné. Vyžaduje fyzickou námahu. Ale funguje to.
Pak je tu diskuse o sledování očí.
Tradiční systémy kontroly pohledu jsou vrtošivé. Často zaměňují náhodný pohled za příkaz. Díváte se na šálek kávy. Křeslo se otočí doleva. Podíváš se na dveře. Křeslo zrychlí. Je to nepříjemné.
Některé systémy používají senzory připevněné k brýlím. Sledují pohyby tváří. Zvedněte tvář a „klikněte“ na kurzor. Je to jako používat svůj obličej jako myš. Funguje to, ale vyžaduje to intenzivní disciplínu. Musíte se pohybovat vědomě.
Pak je tu Tobii Technology.
Švédský vývojář se vydal jinou cestou. Přestali čekat na příkazy. Začali sledovat, kam se díváte.
Místo pohybujícího se kurzoru, který musíte sledovat očima, obrazovka jednoduše reaguje na váš pohled. Podívejte se na ikonu. Aktivuje se. Podívejte se na dopis. Ona se dostane ven. To se používá pro komunikaci. To se používá pro hry. Tím odpadá potřeba disciplinovaného pohybu zaměřeného na cíl. Jen se díváš.
Jde méně o ovládání stroje a více o to, aby stroj pochopil vaši koncentraci.
Kontrola reality
Neustále slýcháme o invalidních vozících „ovládaných myslí“. Média tento termín milují. Zní to jako sci-fi.
Ale vezměme si hlášky.
Vozík ovládaný myslí využívá rozhraní mozek-počítač (BCI). Čte elektrické signály z mozku. Převádí je na příkazy. Pro ochrnuté uživatele to není žádná magie. Toto je obnova. Jde o návrat určité autonomie.
“Inteligentní” invalidní vozík? Je to prostě kočárek s umělou inteligencí. Interpretuje myšlenky. Eliminuje potřebu použití rukou nebo fyzické námahy.
A co „automatický“ invalidní vozík? Je to prostě nástroj pro samostatný pohyb.
Rozdíl mezi těmito kategoriemi se stírá. A technologie je stále v plenkách.
Práce NASA na subvokální řeči dokazuje koncept: můžeme vyčíst záměr pouze ze svalového napětí. Ale komerční realita je chaotická. Ambient neodpověděl. Ceny nebyly oznámeny. Předpověď na rok 2006 je dávno pryč.
Stále čekáme, až hardware dožene biologii.
Mezitím oči dál sledují. Hrdla se stále pohybují. A stroje se dál snaží slyšet ticho.
Co se stane, když rozhraní konečně zmizí? Když nebudete muset myslet na kurzor, zvednutí tváře nebo napětí v krku?
Možná si toho přestaneme všímat.
