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Sep 27, 2023

La IA acerca a los investigadores un paso más hacia la restauración del habla en personas con parálisis

Con una gorra de los Toronto Blue Jays en la cabeza, William Johnson se vuelve hacia su esposa Ann y le pregunta cómo se siente con respecto al equipo de béisbol. "Todo es posible", responde Ann, de 48 años, que vive en Regina. Su

Con una gorra de los Toronto Blue Jays en la cabeza, William Johnson se vuelve hacia su esposa Ann y le pregunta cómo se siente con respecto al equipo de béisbol.

"Todo es posible", responde Ann, de 48 años, que vive en Regina.

Su marido responde bromeando diciendo que parece que ella no tiene mucha confianza en ellos.

Ante esto, Ann se ríe, hace una pausa y dice: "Tienes razón en eso".

Es la primera conversación que la pareja ha tenido en 18 años con la propia voz de Ann, grabada como parte de un ensayo clínico en California en el que Ann participa.

Cuando tenía 30 años, Ann sufrió un derrame cerebral que la dejó incapaz de hablar. Le diagnosticaron síndrome de enclaustramiento, lo que significa que no puede hablar y tiene movimientos limitados.

Desde entonces, las conversaciones sencillas pueden durar varios minutos, ya que Ann depende de dispositivos que le exigen deletrear cada palabra con movimientos oculares.

Pero nuevos avances científicos muestran cómo la inteligencia artificial (IA) está facilitando que las personas con lesiones cerebrales tengan conversaciones más fluidas, como la que Ann tuvo con su esposo sobre los Blue Jays.

La investigación publicada en la revista Nature Wednesday muestra cómo las frases que Ann está pensando pueden ser pronunciadas, con su propia voz, por un avatar en línea. Aunque faltan años para su aplicación comercial, los investigadores y otros lo consideran un avance significativo en la formación de palabras rápidamente (y en voz alta) mediante la interpretación de señales cerebrales.

"Este es un avance realmente grande", afirmó Margaret Seaton, coordinadora de investigación clínica de la Universidad de California en San Francisco (UCSF), que trabajó en el estudio.

"[Ann] describió como extremadamente emotivo escuchar su propia voz después de más de 18 años sin tenerla".

Durante una conferencia de prensa en línea el martes, el investigador principal del estudio, Edward Chang, dijo que "la pérdida del habla después de una lesión es devastadora".

"El habla no se trata sólo de comunicar palabras, sino también de quiénes somos, nuestra voz y nuestras expresiones son parte de nuestra identidad", dijo Chang, quien también es profesor de cirugía neurológica en el Instituto Weill de Neurociencias de la UCSF.

Para muchos canadienses, este tipo de parálisis que les deja incapaces de hablar puede deberse a una lesión cerebral provocada por un accidente o una apoplejía, o incluso a un diagnóstico como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA).

La capacidad de los investigadores para convertir señales cerebrales en palabras no es nueva, pero la velocidad a la que opera la tecnología y hace que un avatar virtual pronuncie las palabras es lo que hace que este último estudio sea importante en el campo, dicen los expertos.

El neurólogo del Hospital Sunnybrook y director de la clínica de ELA más grande de Canadá, el Dr. Lorne Zinman, dice que los dispositivos de esta investigación son una "innovación increíble".

"La mayoría de los pacientes con ELA desarrollarán dificultades en el habla y muchos perderán su capacidad de hablar", afirmó Zinman.

"El desarrollo de nuevas tecnologías que les permitan comunicarse puede tener un impacto importante en la mejora de su calidad de vida".

Hace unos dos años, Chang y su equipo de la UCSF demostraron cómo unos electrodos implantados en el cerebro de una persona pueden transcodificar la actividad neuronal en palabras escritas en una pantalla.

En ese momento, la tecnología sólo podía registrar unas 15 palabras por minuto, pero la última investigación del grupo muestra cómo los avances han hecho posible registrar 78 palabras por minuto.

En promedio, una persona típica habla de 150 a 200 palabras por minuto, por lo que, aunque todavía no está a la par con el habla normal, los investigadores dicen que están cada vez más cerca de restaurar un flujo natural.

"Creemos que estos resultados son importantes porque abren la puerta a nuevas aplicaciones en las que las personas con parálisis tendrán interacciones personalizadas con sus familiares y amigos", dijo Chang.

Con este estudio en particular, Chang y su equipo implantaron una hoja de 253 electrodos en la superficie del cerebro de Ann sobre áreas que se sabe que son cruciales para la producción del habla.

Para que una persona hable, el cerebro envía señales a diferentes partes de la cara, como la lengua, la mandíbula y los labios. Pero en el caso de Ann, el derrame cerebral la dejó incapaz de responder a estas señales.

Para captar estas señales que su cerebro intentaba transmitir, los investigadores colocaron un puerto en la cabeza de Ann y utilizaron un cable para conectar los electrodos de su cerebro a una serie de computadoras.

Durante aproximadamente dos semanas, Ann trabajó con el sistema, intentando repetidamente decir en silencio diferentes frases moviendo la boca tanto como podía.

Las frases incluían más de 1.000 palabras, que según Seaton cubren el 85 por ciento del vocabulario diario de una persona promedio.

Los datos recopilados a partir de esto luego se alimentaron a algoritmos de inteligencia artificial para entrenar al sistema a reconocer qué tipo de señales envía el cerebro de Ann para desarrollar diferentes sonidos de palabras.

Luego, los investigadores realizaron una fase de prueba, donde Ann pensaría que las frases y el algoritmo serían capaces de verbalizarlas, dependiendo de la actividad que captara de su cerebro.

Los hallazgos muestran que la computadora acertó tres de cada cuatro palabras, por lo que el 25 por ciento de las veces, el algoritmo acertó la palabra que Ann quería decir.

"Fue realmente emocionante ver lo rápido que lograba que la computadora entendiera lo que estaba tratando de decir", dijo su esposo William.

Y los investigadores también pudieron personalizar la voz proveniente del avatar para que fuera la de Ann, creando un algoritmo para sintetizar el habla y alimentándolo con una grabación que tenían de su voz cuando habló en su boda.

El estudio realizado por investigadores de la Universidad de California se publicó junto con otro en Nature el miércoles realizado por Francis Willett y su equipo de la Universidad de Stanford.

El estudio de Willett también busca formas de recopilar la actividad cerebral y convertirla en palabras intencionadas, pero lo hicieron monitoreando neuronas individuales en el cerebro con una serie de electrodos muy pequeños, y descubrieron que una persona con ELA era capaz de comunicar 62 palabras por minuto. en palabras escritas a través de un dispositivo.

En este momento, Zinman dice que los pacientes de ELA que atiende en Sunnybrook pueden comunicarse de diferentes maneras.

Al principio, dice que un paciente puede escribir a máquina o a máquina, pero la enfermedad a menudo acaba por quitarle la capacidad de moverse.

En este caso, dice que las personas pueden usar un dispositivo que se basa en los movimientos de sus ojos para deletrear palabras.

"Puedes imaginar cuánto tiempo tomaría deletrear una oración con tus ojos", dijo.

Con estos nuevos dispositivos, Zinman afirma que la persona sólo tiene que pensar en una palabra para que aparezca.

"Esa es la parte realmente emocionante de estas interfaces cerebro-computadora", dijo, y agregó que permitirán a los pacientes conversar con sus seres queridos.

A pesar de lo significativos que son estos hallazgos, los investigadores de la Universidad de California reconocen que aún faltan años para que esta tecnología se utilice realmente en la vida diaria de las personas.

Cuando se trata de mejores algoritmos que puedan decodificar con mayor precisión las señales cerebrales, Seaton dijo que se podrían ver mejoras en el futuro cercano.

Pero Seaton dice que también les gustaría que el dispositivo se volviera inalámbrico y portátil, lo que probablemente tardará mucho más en convertirse en realidad.

En ese momento, Seaton describió el puerto en la cabeza de Ann como un "sitio de herida activa" que necesita ser monitoreado. Como resultado, dice que la tecnología sólo se puede utilizar en un laboratorio con el apoyo de un investigador.

Es probable que falten más de cinco años para las actualizaciones del dispositivo, junto con la aprobación regulatoria, estima Seaton.

Yalda Mohsenzadeh, profesora asistente de informática y miembro del Brain and Mind Institute de la Western University de Londres, Ontario, dice que espera que en algún momento se puedan utilizar dispositivos portátiles encima del cuero cabelludo, de modo que no sea necesaria la cirugía. para los electrodos.

Además, señaló que estos dispositivos deben demostrar que pueden usarse de manera segura y confiable durante un largo período de tiempo, entre diferentes tipos de personas.

"Para que una tecnología como esta se utilice de manera realista, primero es necesario abordar que puede funcionar bajo todas estas variabilidades que tenemos para los individuos y entre individuos", dijo.

Seaton dice que están trabajando para reclutar a más personas con diferentes lesiones cerebrales, para validar sus hallazgos en un grupo más grande.

En cuanto a Ann, espera que su participación haya ayudado a hacer avanzar este campo y que haya más avances a la vuelta de la esquina.

"Con suerte, algún día esto se convertirá en algo que sea algo alcanzable para las personas que no pueden hablar", dijo William.

Videoperiodista

Jennifer La Grassa es videoperiodista en CBC Windsor. Está particularmente interesada en informar sobre historias de atención médica. ¿Tiene algún consejo sobre noticias? Envíe un correo electrónico a [email protected]

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