Lammet mand med hjerneimplantater sætter verdensrekord i at skrive med tankens kraft

Illustration: HHMI Howard Hughes Medical Institute

En lammet mand satte for nylig en noget usædvanlig verdensrekord, da han med tankens kraft - hjulpet på vej af hjerneimplantater, AI-algoritmer og simpel autokorrektur - indtastede omkring 90 tegn i minuttet med en fejlrate på under én procent.

Han gjorde dette ved at forestille sig, at han skrev bogstaver og tegn i hånden.

Det skriver forskere fra Howard Hughes Medical Institute (HHMI), der i sidste uge fik deres videnskabelige artikel med titlen ‘High-performance brain-to-text communication via handwriting’ publiceret i det anerkendte, videnskabelige tidsskrift Nature.

Tidligere forsøg med ‘tanke-til-tekst’ med hjerneimplantater har fokuseret på at sætte den lammede person i stand til at styre en musemarkør over et virtuelt keyboard for at vælge hvert enkelt tegn.

Selvom metoden er effektiv, så er den desværre også langsom, da den kræver brugerens fulde opmærksomhed, og fordi det tager tid at lære at kontrollere musen, skriver HHMI-forskerne bag det nye forsøg med et såkaldt BCI (der er en forkortelse for brain-computer interface).

»Her udviklede vi et intrakortisk BCI, der afkoder forsøg på håndskrift fra neurale aktiviteter i motorisk cortex og oversætter det til tekst i realtid med et neuralt netværk,« skriver de i den videnskabelige artikel.

Læs også: Elon Musk har chippet en abes hjerne: Nu kan den spille videospil

Det lykkedes den lamme forsøgsperson at skrive 90 bogstaver i minuttet med mere end 99 procents præcision ved hjælp af forskernes BCI, der bruger AI i form af neurale netværk til at ‘oversætte’ hjernens signaler og en standard autokorrektur-funktion til at minimere fejl.

Dette er hurtigere end nogensinde set før for ‘tanke-til-tekst’ og er sammenligneligt med den typiske skrivehastighed på en smartphone for en person i samme aldersgruppe som den lamme forsøgsperson (115 tegn i minuttet), skriver forskerne.

Et halvt sekunds forsinkelse og ny verdensrekord

Forskerne tilsluttede to hjerneimplantater sammen med i alt 200 elektroder til mandens præmotoriske cortex. Dette område af hjernen menes at have at gøre med selve intentionen om at udføre visse bevægelser, men før bevægelsen sker.

Det er langt mere sandsynligt at opfange et tydeligt neurologisk signal fra denne ‘intention’ frem for selve bevægelsen, som ofte er mere kompleks, da dette involverer flere muskler og afhænger af kontekst (eksempelvis placeringen af en hånd på den side, som der skrives på), noterer forskerne.

Læs også: Elon Musk viser hjerneimplantater med 1.000 elektroder i grise

Med implantater og elektroder på plads bad forskerne den lamme mand om at forestille sig, at han skrev bogstaver og tegn på en side, hvorefter implantaterne blev brugt til at registrere mandens hjerneaktivitet.

Ikke alle elektroder opfangede brugbare impulser, når forsøgspersonen prøvede sig med sin tænkte håndskrift, men ud fra dem, der gjorde, kunne forskerne identificere de neurologiske signaler, der adskilte sig mest, når deres forsøgsperson forestillede sig hvert bogstav og tegn.

Herefter viste analyser blandt andet, at de bogstaver, som ligner hinanden på et stykke papir, for eksempel p og b eller h, n og r, dannede ‘klynger’ tæt på hinanden. Forskerne fik også forsøgspersonen til at forestille sig tegn som punktum, komma og spørgsmålstegn, mens ‘>’-tegnet blev brugt som mellemrum.

BCI-systemet var herefter i stand til at identificere det korrekte bogstav eller tegn med en præcision på lidt over 94 procent, selvom det byggede på en relativt lille mængde data baseret på kun 242 sætninger.

Herefter trænede forskerne en kunstig intelligens, et såkaldt gentagende neuralt netværk (på engelsk: recurrent neural network, forkortet RNN på fagsprog), til at vurdere sandsynligheden for, at et neurologisk signal svarede til et givent bogstav eller tegn.

Læs også: Epilepsi-patienter aner ikke, hvor mange anfald de har: Nu kan dansk implantat hjælpe

Sammen med en standard autokorrektur hjalp den kunstige intelligens med at toppe den tidligere verdensrekord for implantat-drevet indtastning på 25 tegn i minuttet flere gange.

Med et halvt sekunds forsinkelse kunne forsøgspersonen altså med en fejlrate på under én procent indtaste omkring 90 bogstaver eller tegn i minuttet.

Endnu ikke komplet

Ifølge forskerne bag forsøget, så er deres BCI-system dog »endnu ikke et komplet, klinisk fuldt fungerende system«. For det første har det kun været forsøgt på én person, så det vides fortsat ikke, om systemet virker lige så godt for andre personer.

Systemet anvender også et noget forenklet alfabet uden store bogstaver, tal og alle de mange tegn, som findes.

Derudover ændrer de signaler, som implantaterne opfanger, sig over tid, hvilket kan skyldes forskydninger i neuroner eller opbygning af arvæv. Dette kræver, at systemet kalibreres regelmæssigt - mindst en gang om ugen for at opretholde en acceptabel præcision, noterer forskerne.