הבנה של דיבור ותקשורת

ליקויי דיבור ותקשורת כוללים מגוון רחב של הפרעות אשר להפחית את יכולתו של האדם לייצר דיבור בלתי-סביר או להבין שפה.תנאים אלה יכולים להתעורר מנזק למוח & #8217; מרכזי שפה, מסלולים המנועים השולטים בשרירים הקוליים, או מערכת העצבים הפריפריה של ארה"ב (התוצאה של לקות מוחית), פגיעה מוחית טראומטית, מחלות עצביות (כגון אמטרופיות מאוחרות (מחלות עצביות) ודימום עצביות), כמו דלקתיות (Ricerlicial) או שפעת;) של סרטן, או דלקת פרקים (Ricial) או שפעת; 2.

טכנולוגיות מסייעות מסורתיות, כגון מערכות תקשורת רב-עוצמה ואלטרנטיבה (AAC) מכשירים (למשל, טבליות טקסט-to-speech, מערכות מעקב עיניים), מציעים הקלה חלקית אך לעתים קרובות דורשות תנועה התנדבותית או מאמץ קוגניטיבי.עבור אנשים עם תסמונת נעולה או שיתוק מוחלט, אפילו אפשרויות אלה נכשלות. הנדסת ניאלמנט שואפת לעקוף מסלולים פגומים לחלוטין על ידי מוצפים ישירות עם המוח או הפריפריה, המאפשרים באמצעות תקשורת עצבית בלבד.

הנדסה עצבית מתקרב

הנדסה נילית חלת עקרונות של מדעי המוח, הנדסה חשמלית, מדעי המחשב, וחומרים מדע כדי ליצור מכשירים שיא, לעורר או לשנות פעילות עצבית. עבור שיקום דיבור, שלוש גישות עיקריות הופיעו: ממשקי מחשב המוח (BCIs) שקודמים כוונות דיבור אותות עצביים, מכשירים עצביים המאפשרים ייצור דיבור ומערכות נוירופרוטטיות שיחליפו או לעקוף מבנים פגומים.

ממשקי המוח (BCIs)

BCIs קובע מסלול תקשורת ישיר בין המוח למכשיר חיצוני. בהקשר של דיבור, BCIs פעילות עצבית מזהה הקשורה לכוונת לדבר או לדמיין דיבור מילה מסוימת, צלצול או משפט.פעילות זו מקודמת לטקסט או פלט דיבור סינתטי.

  • (FLT:0) , רכישת ניטראלי: (1) אותות ניאל נלכדים באמצעות שיטות פולשניות או שאינן פולשניות. גישות פולשניות, כגון ⁇ מיקרואלקטרוניקה אלקטרוניקה גלקטיים (למשל, יוטה מערך) או אלקטרוקוגניציה (ECG) להציב על פני השטח הקורטקטי, לספק רזולוציה מרחבית וזמנית גבוהה.
  • (FLT:0) עיבוד וקביעת: ההרחבה: RawFLT:1 , נתונים עצביים רול מסונן, מוגדלים ומתורגמים לפקודות באמצעות אלגוריתמי למידת מכונה.מודלים למידה עמוקה, במיוחד רשתות עצביות חוזרות ונשנות והופכים, שיפרו באופן דרמטי את הדיוק של ייצוגי דיבור מרתיעים מפעילות עצבית.
  • (FLT:0Output Generation:FLT:1) התוכן לשוני המופענח לטקסט המוצג על מסך או אודיו באמצעות מסנת דיבור.כמה מערכות גם מחלחלות דיגיטלית כדי לספק משוב חזותי.

פריצות דרך האחרונות כוללות את הפיתוח של אלחוטי BCIs כי לחסל חוטים חד-משמעיים, להפחית את הסיכון לזיהום ושיפור נוחות המטופל.ה-FLT:0BrainGatephFLT:1 קונסורציום 1 חלוצי רבים של אלה התקדמות, להפגין את התקשורת הראשונה בזמן אמת באמצעות intracortical BCI באנשים עם teplegia.

ציוד ניאל

במקום לפענוח דיבור, מכשירים עצביים מנטרים באופן פעיל מעגלים עצביים כדי לשחזר או לשפר את תפקוד הדיבור.אלה רלוונטיים במיוחד להפרעות דיבור מוטוריות כמו dysarthria או apraxia.

  • (FLT:0)Deep Brain Stimulation (DBS): ההרחבה 1 (DBS) כוללת השתלת אלקטרודות במבנים במוח עמוק (למשל, גרעין תת-אלמי, גלובוס פלידוס בternus) לטיפול בהפרעות תנועה. in פרקינסון & #8217;s Disease, DBS יכול לשפר את dysarthria היפותטי על ידי צמצום קשיחות ומטרות נדיבות עבור בקרת נשימה במיוחד.
  • (FLT:0Vagus Nerve Stimulation (VNS): VNS יחד עם שיקום הראה הבטחה בשיפור נוירופלסטיות לאחר שבץ.על ידי גירוי העצב הvagus במהלך טיפול בדיבור, חולים עשויים להשיג שיפורים גדולים יותר בשיקום שפה מאשר עם טיפול לבד. A 2021 דיווחו כי ניצולי שבץ שקיבלו טיפול אינטנסיבי בתוספת טיפול בדיבור מנוסים תוצאות טובות יותר ב aphasia בהשוואה לבקרות.
  • (FLT:0Spinal and Peripheral Nerve Stimulation: FLT:1 עבור אנשים עם ventilator תלוי שריר דלקת שיתוק (למשל, פגיעה חוט השדרה גבוהה), פצח עצבי phrenic יכול לשחזר נשימה מרצון, המאפשר תמיכה דיבור באופן דומה, גירוי של עצב laryngeal Recurrent עשוי לשפר את הפחתת הקול בחולים עם שיתוק חד צדדית.

המרכזים האחרים ממשיכים לחדד את מיקוד הדיבור ולבלוע פונקציות, בעוד המחקר במערכות גירוי סגור (שם גירוי מופעל על ידי משוב עצבי בזמן אמת) מבטיח תמיכה הסתגלותית, על פי דרישה.

מערכות דיבור נוירו-פרופורטי

כאשר ייצור דיבור טבעי הוא בלתי אפשרי, נוירופרוטטסיות יכולות להחליף או להגדיל את מנגנון הקול.

  • (FLT:0Synthetic Voice Generators: A ציוני 2019 מאוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו, השתמש בסימנים הקוליים לחלוטין על ידי סינתזת דיבור ישירות מסימנים קוטריאליים. A ציוני דרך 2019 מחקר מאוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו, השתמש בסימנים ECoG כדי לשלוט על מערכת סאונד וירטואלית, הפקת דיבור בלתי ניתן לגילוי עם קול טבעי מדהים.
  • (FLT:0) הסתברות משפטית Pros Theses:BuildFLT:1 עבור אנשים שעברו כריתת לב, מכשירים אלקטרולרנקס משודרגים עם שליטה עצבית. אבות מודלים ניסיוניים מאפשרים למשתמשים לשנות את המגרש ואת נפח באמצעות אותות משרירים צוואר או פעילות cortical, מניב דיבור אקספרסיבי יותר.
  • החוקרים מפתחים מערכות רובוטיות רכות שקושרות אל הפנים והצוואר כדי לסייע בלסת, שפתון ותנועות שפה.הפועלים האלה יכולים להיות נשלטים באמצעות מצלמות או אלקטרומוגרפיה בראש (EMG) אותות משרירים פנימיים, המציעים אלטרנטיבה לא פולשנית לשיתוק חלקי.

מחקר ויישומים קליניים

כמה פרויקטים מתקדמים הם תרגום הנדסה עצבית מהמעבדה לקליניקה. באוניברסיטת סטנפורד, צוות בראשות ד"ר ג'ימי הנדרסון וד"ר קריששנה שעצבני פיתח לפני הספירה II intracortical BCI שאיפשר למשתתף עם ALS לתקשר ב 62 מילים לדקה.מערכת זו מסתמכת על מיקרו-אלקטרוניקה מושתלת ב- precentral gyrus, decoding יד מנסה לשלוט על תנועות מחשב.

בתחום ECoG, המוח-Spelling BCI שפותח על ידי ד"ר אדוארד צ'אנג באוניברסיטת UCSF משתמש אלקטרודות להציב על קליפת המוח ה-Stori-Spelling BCI שפותחה על ידי ד"ר אדוארד צ'אנג ב UCSF משתמשות אלקטרודות המוצבות על ידי ⁇ המוח של 97% ב-Disarthria חמורה משבץ מוחי לאחרונה, אותה קבוצה משולבת עם תגובה עצבית ישירות ל- EGcodeic.

ה-FLT:0 syntrodeFciodeph:1 מייצג אפשרות פחות פולשנית BCI. מערך סטנט-אלקטרוניקה זה מועבר דרך הווריד הגנראלי וממקם ליד קליפת המנוע. SynSync קיבל אישור FDA בניסויים בבני אדם בשנת 2020, ותוצאות מוקדמות מראות כי חולים עם שיתוק יכולים להפעיל קידוד מחשב וסוג באמצעות המערכת.

עבור שיקום דיבור לאחר שבץ, מחקר קליני 2023 מאוניברסיטת פיטסבורג שילב גירוי נוכחי ישיר טרנסקורי (tDCS) עם טיפול בדיבור ממוחשב.משתתפים שקיבלו tDCS פעיל מעל gyrus החזיתי השמאלי הראה שיפורים משמעותיים יותר במתן שם דיוק ושפעת בהשוואה לגירוי מגולח, מה שמרמז כי אפילו גירוי חשמלי לא פולשני יכול להגדיל את ההתאוששות כאשר הוא מכוונת אימונים ממוקדים.

אתגרים ומגבלות

למרות התקדמות יוצאת דופן, פתרונות הנדסה עצבית לדיבור פנים מחסומים אדירים לפני שהם יכולים להפוך לכלים קליניים שגרתיים.

אתגרים טכניים

  • (FLT:0) יציבות וארוכותיות: אנדרל 1 (Intracortical microelectrodes לעתים קרובות מחלחל במשך חודשים במשך חודשים בשל צלקות גליות ותגובה חיסונית, המוביל לירידה באיכות האות.חומרים חדשים, כגון בדיקות פולימרים גמישות ציפויים ביואקטיביים, במטרה לשפר את יכולת הביו-גמישות, אך אמינות לטווח ארוך נותרה בלתי מוכחת.
  • (FLT:0) קידוד Accuracy ומהירות: ההרחבה הנוכחית של ה-BCIs עדיין מייצרת שיעורי שגיאה מעל 20% בשימוש בזמן אמת.טעויות מפרות משתמשים ותקשורת איטית.שיפור מודלים שפה ושילוב רמזים קונטקסטואליים (למשל, היסטוריה של משתמשים, נושא) יכול לעזור, אך השגת דיוק מושלם תחת תנאים טבעיים היא אתגר מתמשך.
  • (FLT:0) ,Ltency:FLT:1 עבור לפני הספירה כדי להרגיש טבעי, קידוד חייב להתרחש בתוך 200 שניות של הכוונה העצבית.

המונחים: Clinical and Regulatory Hurdles

  • (FLT:0) סיכון רגיולוגי: 1 Invasive BCIs דורש craniotomy עבור השתלת אלקטרודה, נושאת סיכונים של זיהום, דימום, ונזק נוירולוגי פחות חלופות פולשניות כמו EEG או fNIRS להקריב אות נאמנות.
  • (FLT:0) אישור אישור רישום: FLT:1); מכשירים עצביים מסווגים כמכשירים רפואיים של Class III על ידי ה- FDA, המחייבים ניסויים בטיחות ויעילות נרחבים.מעט מערכות קיבלו אישור; רובן נשאר חקירה.
  • (FLT:0)Cost and נגישות: FLT:1 Implantable BCIs עולה עשרות אלפי דולרים, לא כולל ניתוח, תחזוקה והכשרה. Reimbursement מביטוח או מערכות בריאות הציבור מוגבל.

שיקולים אתיים

  • (FLT:0) הסכמה מתואמת: 1FLT 1 משתתפים בניסויים של BCI לעתים קרובות יש ליקויי תקשורת חמורים, מה שהופך את זה קשה להבטיח הבנה מלאה של סיכונים.
  • (FLT:0) פרטיות ואבטחה: אותות ניאלים 1:1 מכילים מידע אינטימי על מחשבות, רגשות וכוונות. גישה בלתי מורשה או פריצה של BCI יכול להוביל להפרות פרטיות חסרות תקדים.
  • (FLT:0)שוויון וגישה: 1FLT אם הנטיות העצביות נשארות יקרות ובקושי, רק חולים עשירים ירוויחו, ירחיבו את אי-שוויון הבריאות הקיים.

התייחסות לאתגרים אלה מחייבת שיתוף פעולה בין-תחומי מתמשך בקרב נוירו-מדעיסטים, מהנדסים, מרפאים, אתיקה, ו הרגולטורים.ה-FLT:0IEEE יוזמת המוח של המוחותFLT:1 וארגונים דומים פועלים להקמת שיטות טובות והנחיות אתיות.

כיוונים עתידיים

העשור הבא מבטיח התקדמות משמעותית כמו הנדסה עצבית מתאחדת עם בינה מלאכותית, מדע חומרים ואלקטרוניקה מיני-אירויה.

High-Resolution, Long-Last Implants

מערך אלקטרודה הדור הבא יכיל אלפי ערוצים (מאות כיום) עם תת-סטריטים גמישים שמתאימים למוח & #8217; נכסים מכניים של חברות כמו NeuPace מפתחים מערכות מותשת לחלוטין עם שידור חשמל אלחוטי וזרימת נתונים.מכשירים אלה יכולים להישאר פונקציונליים במשך עשור או יותר, המאפשרים שימוש כרוני לפני הספירה.

מערכות סגורות והתאמה

עתיד BCIs לא רק דיבור קוד, אלא גם לספק משוב בזמן אמת לייעל ביצועים.לדוגמה, רצף סגור לפני הספירהI יכול לזהות כאשר המשתמש מבולבל או כאשר איכות האות היא נמוכה ולהתאים פרמטרים מרתיעים בהתאם.

שילוב עם עיבוד שפה טבעית

מודלים שפה גדולים (כמו GPT-4) ניתן לשלב ב-BCIs כדי לחזות מילים המיועדות מקידוד אותות חלקי, שיפור מהירות וצמצום שגיאות.זה כבר נבדק: תוכנית קדם 2024 מאוניברסיטת טקסס הפגינה לפני הספירה שהשתמשה במודל הופך לחיזוי משפטים מפעילות עצבית עם 20% פחות טעויות מאשר שיטות קודמות.

מכשירים לא פולשניים ו Home-Use

בעוד ש-BCIs פולשני מציע את הביצועים הגבוהים ביותר, חולים רבים עשויים מעדיפים אפשרויות לא פולשניות אם הם הופכים מדויקים מספיק.התקדמות ב-EEG עם אלקטרודות יבשות, אולטרסאונד פונקציונלי (fUS), ומגנטונטיפוגרפיה (MEG) יכול לאפשר שימוש יומיומי בבית לטיפול בדיבור או תמיכה תקשורת.שילוב של PH עם למידה הוא אחד מבטיח, עם מחקרים ראשוניים מראה דיוק ב -70% יותר מאשר מתנדבים בריאים.

פרוטוקולים לשיקום אישי

גירוי עצבי יעבור לעבר משטרים מותאמים אישית, למשל, מטופל להתאושש מphasia עשוי ללבוש נוירוסנסמולטור בעל ראש אשר מספק גירוי חשמלי טרנזיאלי ממוקד (tES) לאזורים שפה בעוד הם מתרגלים לדבר עם מטפל וירטואלי. הפרמטרים הגירויים יהיו מותאמים בזמן אמת על בסיס ביצועים ותגובה עצבית, למקסם את הפלסטיות.

מסקנה

הנדסה נילית עומדת על סף מתן פתרונות טרנספורמטיביים עבור אנשים עם ליקויי דיבור ותקשורת.על ידי הצצה ישירה עם מערכת העצבים, חוקרים ורופאים יוצרים טכנולוגיות שמשחזרות את היכולת לדבר, סוג, להתחבר עם אחרים, גם כאשר מנגנון הקול הטבעי נכשל.מהמשך הישגי מערכת העיכול, לפני הספירה לאחור, ניסיון הנדסת מערכות יחסים משמעת גבוהה של גירויים סגורים, אשר מסייעות במהירות של אנשים עם שבץ, אך ורק לאחר השגת בטיחות הדדית, היא מתקדמת, ללא ספק, היא יעילה, היא מתקדמת, עם החלמה, עם אבטחה, עם אקטיבית, עם אקטיבית, עם אקטיבית, עם אוטונומיה קלינית, עם , עם החלמה מהירה, היא מבטיח, עם החלמה, עם אוטונומיה, עם אקטיבית, עם החלמה מהירה, עם אקטיבית, עם החלמה מהירה, עם סודיות, עם , עם אקטיבית, עם אקטיבית, עם , עם אקטיבית, עם אקטיבית, עם אקטיבית, עם אבטחה, עם מנגנונים משפטיים, עם מנגנונים טכניים, 000, 000, אך ורק מנגנונים משפטיים, 000, 000, עם החלמה מהירה, 000, 000, אך ורק החלמה מהירה, אך ורק החלמה, 000,