Die Benutzeroberfläche von Fluent ist darauf ausgelegt, Sprachversuche in Worte umzuwandeln

• Eine weniger invasive Gehirn-Computer-Schnittstelle wird entwickelt, um Menschen mit Sprachstörungen, einschließlich ALS, bei der Kommunikation zu helfen.
• Das Gerät von Fluent würde unter der Kopfhaut, aber außerhalb des Schädels platziert werden, was nach Angaben des Unternehmens die Sicherheit und den Zugang verbessern könnte.
• Das System zielt darauf ab, Signale von versuchtem Sprechen in Text oder Audio umzuwandlen, mit klinischen Studien, die später in diesem Jahr geplant sind.

Ein Spin-off-Unternehmen der Universität Melbourne entwickelt eine weniger invasive Gehirn-Computer-Schnittstelle, die es Menschen mit Sprachbeeinträchtigungen – darunter auch Patienten mit amyotropher Lateralsklerose (ALS) – eines Tages ermöglichen könnte, durch den Versuch, Wörter auszusprechen, zu kommunizieren.

Im Gegensatz zu vielen aktuellen Prototypen der Gehirn-Computer-Schnittstelle, bei denen invasive Operationen mit Elektroden im Schädel implantiert werden können, ist Fluents risikoarme Schnittstelle so konzipiert, dass sie unter der Kopfhaut, aber außerhalb des Schädels sitzt. Das Unternehmen gibt an, dass dieser weniger invasive Ansatz ein besseres Sicherheitsprofil aufweist als ein Cochlea-Implantat – ein chirurgisch implantiertes Hörgerät – und dazu beitragen könnte, die Technologie einem breiteren Publikum zugänglich zu machen.

“Bislang galt diese technologische Möglichkeit nur realisierbar mit Hilfe hochinvasiver Elektroden die in den Schädel implantiert werden mussten,” sagte Tim Mahoney, PhD, Biomediziningenieur sowie CEO und Mitbegründer von Fluent, in einer Pressemitteilung der Universität. “Mit einem Sicherheitsprofil, das sogar besser ist als ein routinemäßiges Cochlea-Implantat, wird die Technologie für die breite Bevölkerung zugänglicher sein.”

Gehirnsignale können die Kommunikation unterstützen

Bei ALS sterben die Nervenzellen, die die willkürliche Bewegung steuern, sogenannte Motoneuronen, allmählich ab, was zu zunehmender Muskelschwäche und zunehmender Schwierigkeiten bei Bewegung, Sprechen, Schlucken und Atmen führt.

Aktuelle Kommunikationswerkzeuge, darunter Kommunikationstafeln und Eye-Tracking-Systeme, ermöglichen es vielen ALS-Patienten, Wörter und Sätze zu buchstabieren, indem sie Buchstaben auf einem Bildschirm mittels Berührungs- oder Augenbewegungen auswählen. Diese Systeme können jedoch mit fortschreitender Muskelschwäche immer schwieriger zu bedienen werden.

Gehirn-Computer-Schnittstellen zielen darauf ab, diese körperlichen Einschränkungen zu umgehen, indem sie die Gehirnaktivität direkt in Befehle für einen Computer umwandeln. Das Gerät von Fluent wurde entwickelt, um elektrische Signale oberhalb des motorischen Kortex aufzuzeichnen – jener Region des Gehirns, die die für die Sprache zuständigen Muskeln steuert.

Selbst wenn eine Person nicht mehr sprechen kann, kann das Gehirn beim Versuch, Worte zu sagen, deutliche Aktivitätsmuster erzeugen. Forscher trainieren ein Machine-Learning-Modell, um diese Muster zu erkennen und in Text oder Audio umzuwandeln, mit dem Ziel, Menschen zu ermöglichen, ohne zu sprechen oder einen Knopf zu drücken, zu kommunizieren.

“Wenn man elektrische Signale als QR-Codes betrachtet: Wenn eine Person spricht, erzeugt jede einzelne Mund- und Kieferbewegung unterschiedliche ‚QR-Codes‘ im motorischen Kortex,” sagte Mahoney. “Diese ‚QR-Codes‘ treten auch auf, wenn eine Person mit Sprachbeeinträchtigung versucht zu sprechen. Unser Gerät kann diese Codes in einer Sequenz erfassen, die uns erzählt, was jemand sagen möchte.”

Was Fluents Technologie unterscheidet, ist, wo diese Gehirnsignale aufgezeichnet werden. Aktuelle Prototypen beinhalten häufig invasive Operationen mit Elektroden, die im Schädel implantiert werden. Fluents Gerät ist stattdessen so konzipiert, dass es unter der Kopfhaut, aber außerhalb des Schädels sitzt, um direkten Kontakt mit dem Gehirn zu vermeiden und dennoch hochwertige elektrische Signale aufzunehmen.

Klinische Studien sind für später in diesem Jahr geplant

Während seiner Doktorarbeit zeigte Mahoney, dass die Qualität der elektrischen Signale, die mit dem Gerät erfasst wurden, vergleichbar war, egal ob es unter oder außerhalb der Kopfhaut platziert wurde, sodass das Team die Technologie ohne komplexe Operationen entwickeln konnte.

Die Technologie wurde bereits mit Teilnehmern am Aikenhead Centre for Medical Discovery im St Vincent’s Hospital Melbourne vorläufig getestet.

“Den Teilnehmern wurden 144 Elektroden auf der Kopfhaut angebracht, und die Elektroden zeichneten die Gehirnaktivität im motorischen Kortex auf, während sie verschiedene Sätze sprachen, pantomimisch darstellten oder sich vorstellten, diese auszusprechen,” sagte Mahoney.

Anhand dessen, was das Team als den größten englischsprachigen Datensatz seiner Art bezeichnet, sowie eines noch größeren Datensatzes von Kooperationspartnern in Japan, entwickelten die Forscher ein Modell für maschinelles Lernen, das aus einer Auswahl von 128 Optionen mit einer Genauigkeit von 96 % die richtige Wortgruppe identifizierte.

Fluent hat mehr als 2 Millionen US-Dollar gesammelt, um die Schnittstelle zu klinischen Studien seiner einführbaren Elektroden voranzutreiben, die später in diesem Jahr beginnen sollen.

Die Technologie könnte Menschen mit ALS und anderen neurologischen Erkrankungen letztlich helfen, ein größeres Maß an Unabhängigkeit zurückzugewinnen, so Mark Cassidy, PhD, stellvertretender Vizekanzler (Forschung) an der Universität Melbourne.

Quelle: ALS News Today

        Übersetzung: Marijke Praet