פריצת דרך שעשויה לשנות את חייהם של אנשים המתמודדים עם שיתוק חמור: חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו פיתחו מערכת חדשנית המאפשרת לתרגם פעילות מוחית לדיבור ולמחוות גוף באמצעות דמות וירטואלית. במחקר, שממצאיו הוצגו בפרסום של המכונים הלאומיים לבריאות בארצות הברית (NIH), הצליחו משתתפים שאיבדו את יכולת הדיבור והתנועה להפעיל באמצעות אותות ממוחם דמות דיגיטלית, שביצעה מחוות תוך כדי תקשורת מילולית. הטכנולוגיה עשויה בעתיד להעניק לאנשים עם שיתוק דרך טבעית ועשירה יותר לתקשר עם סביבתם.
המוח מדבר גם כשהגוף אינו מסוגל לזוז
עבור אנשים הסובלים משיתוק בעקבות שבץ מוחי, מחלות ניווניות או פגיעות נוירולוגיות קשות, אובדן היכולת לדבר ולהניע את הגוף עלול לפגוע משמעותית בעצמאותם וביכולתם לתקשר עם בני משפחה ועם הסביבה. אלא שגם כאשר השרירים אינם מסוגלים לבצע את הפעולות, המוח עשוי להמשיך לייצר אותות הקשורים לניסיון לדבר או לזוז. על העיקרון הזה מבוססת הטכנולוגיה החדשה, המכונה ממשק מוח-מחשב (Brain-Computer Interface, או BCI). צוות המחקר, בהובלת ד"ר אדוארד צ'אנג מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו, פיתח מערכת הקולטת אותות חשמליים מהמוח ומתרגמת אותם באמצעות אלגוריתמים של למידת מכונה לפעולות של דמות וירטואלית, המכונה אווטאר. החידוש המרכזי הוא היכולת לשלב בין שני מרכיבים של תקשורת אנושית: דיבור ושפת גוף. בעוד שמערכות קודמות התמקדו בעיקר בתרגום אותות מוחיים למילים, לקול או לתנועות מסוימות, המערכת החדשה מאפשרת לשלב דיבור ומחוות גוף בזמן אמת.
איך פועלת הטכנולוגיה החדשה?
החוקרים השתמשו במערך זעיר של אלקטרודות שהושתל בניתוח באזור במוח האחראי על תכנון ושליטה בתנועות, לרבות תנועות הקשורות לדיבור. האלקטרודות קולטות פעילות עצבית כאשר המשתתף מנסה לומר מילים או לבצע תנועות גוף, גם אם בשל השיתוק הוא אינו מסוגל לבצע אותן בפועל. המידע מועבר למערכת ממוחשבת, שלומדת לזהות דפוסים ייחודיים בפעילות המוחית ולתרגם אותם לפקודות דיגיטליות. הפקודות מפעילות את הדמות הווירטואלית, שיכולה לדבר ולבצע מחוות כמו נפנוף ביד, הרמת אגודל ותנועות נוספות של פלג הגוף העליון. כך, למשל, אדם שאינו מסוגל להרים את ידו יכול לנסות לבצע את התנועה, והמערכת מתרגמת את הפעילות המוחית למחווה של האווטאר. חשוב להדגיש כי המערכת אינה קוראת מחשבות באופן חופשי, אלא מפענחת דפוסי פעילות מוחית הקשורים לניסיונות דיבור ותנועה, לאחר תהליך אימון והתאמה למשתמש.
תוצאות הניסוי: עד 85% דיוק בזיהוי מחוות בשיחה
המחקר כלל שלושה משתתפים שסבלו משיתוק חמור של השרירים המעורבים בדיבור. שניים מהם התמודדו גם עם שיתוק חמור בגפיים, והשלישי עם שיתוק מתון יותר בגפיים. החוקרים בדקו אם ניתן לזהות במקביל אותות מוחיים הקשורים לדיבור ולתנועות גוף שונות. בהמשך, שניים מהמשתתפים הפעילו אווטאר כדי לבצע פעולות מוגדרות ולהגיב להנחיות שיחה. התוצאות הצביעו על יכולת לזהות תנועות גוף בודדות בדיוק של עד 82%.
כאשר המשתתפים ניסו לשלב דיבור ומחוות בו-זמנית, שיעור הדיוק עמד על כ-65%-70%. במשימות שהתבססו על תגובות לשיחה, המערכת זיהתה מחוות בדיוק של לפחות 85%, ודיבור בדיוק של לפחות 75%. עוד נמצא כי כאשר המערכת אומנה על דיבור ותנועות שהמשתתפים ניסו לבצע במקביל, יכולתה לפענח את האותות השתפרה בהשוואה לאימון שהתבסס על כל פעולה בנפרד. עם זאת, מדובר בניסוי ראשוני שנערך במספר מצומצם של משתתפים, ולכן עדיין לא ניתן לקבוע כיצד תתפקד המערכת בקרב אוכלוסייה רחבה יותר או בשימוש יומיומי ממושך.
לא רק מילים: להחזיר את שפת הגוף לתקשורת
אחד ההיבטים החשובים של המחקר הוא הניסיון לשחזר תקשורת אנושית טבעית, הכוללת הרבה יותר ממילים בלבד. בשיחה רגילה בני אדם משתמשים בהבעות פנים, בתנועות ידיים ובמחוות גוף כדי להדגיש את דבריהם, להביע רגשות ולהעביר מסרים. אצל אנשים עם שיתוק חמור, גם אמצעי התקשורת הלא-מילוליים האלה עלולים להיעלם. לדברי ד"ר אדוארד צ'אנג, שהוביל את המחקר, שיחה היא תהליך מורכב ורב-ממדי, שאינו מסתכם רק במילים הנאמרות. הוא הסביר כי תוצאות הניסוי מדגימות לראשונה את האפשרות לשחזר באמצעות ממשק מוח-מחשב חלק מהגמישות והחופש המאפיינים תקשורת אנושית. המשמעות היא שבעתיד אדם שאינו מסוגל לדבר או לזוז יוכל, אולי, לא רק להשמיע מילים באמצעות מחשב, אלא גם לשלב אותן עם תנועות גוף והבעות שייצגו אותו בסביבה דיגיטלית.
מהמעבדה לחיי היומיום: הדרך עוד ארוכה
למרות התוצאות המעודדות, החוקרים מדגישים כי הטכנולוגיה נמצאת עדיין בשלבי מחקר ופיתוח ואינה טיפול הזמין כיום לשימוש שגרתי. המערכת שנבדקה במחקר מבוססת על אלקטרודות מושתלות ועל חיבור פיזי למערכת ממוחשבת. בהמשך מתכננים החוקרים לפתח גרסה אלחוטית, שתהיה מושתלת במלואה ותאפשר שימוש נוח ועצמאי יותר. לשם כך יידרשו מחקרים נוספים לבחינת בטיחות המערכת, אמינות הפענוח לאורך זמן ויכולתה לפעול בתנאים יומיומיים מחוץ למעבדה.
המחקר, שפורסם בכתב העת המדעי Nature Neuroscience, מומן על ידי המכונים הלאומיים לבריאות בארצות הברית. אף שהמערכת אינה משיבה את יכולת התנועה הפיזית לגוף, היא מציעה אפשרות לשחזר חלק מהיכולת להביע רצונות, מחשבות ומסרים באמצעות דיבור ומחוות. עבור אנשים שאיבדו את יכולתם לתקשר, מדובר בכיוון מחקרי שעשוי בעתיד לפתוח דרך חדשה לחיבור עם העולם שסביבם.
