Impianti cerebrali, discorso guida software

Il nostro cervello ricorda come formulare le parole anche se i muscoli responsabili di pronunciarle ad alta voce sono inabili. Un collegamento cervello-computer sta trasformando in realtà il sogno di ripristinare la parola.

23 agosto 2023 - Di Bruce Goldman

Frank Willett utilizza un software che traduce i tentativi di parlare di Pat Bennett, registrati da sensori nel suo cervello, in parole su uno schermo. Steve Fisch

La prescrizione di Pat Bennett è un po' più complicata di "Prendi un paio di aspirine e chiamami domattina". Ma un quartetto di sensori delle dimensioni di una piccola aspirina impiantati nel suo cervello hanno lo scopo di affrontare una condizione che frustra lei e gli altri: la perdita della capacità di parlare in modo intelligibile. I dispositivi trasmettono segnali da un paio di regioni legate al linguaggio nel cervello di Bennett a un software all'avanguardia che decodifica la sua attività cerebrale e la converte in testo visualizzato sullo schermo di un computer.

Bennett, ora 68enne, è un ex direttore delle risorse umane e un tempo equestre che faceva jogging ogni giorno. Nel 2012 le è stata diagnosticata la sclerosi laterale amiotrofica, una malattia neurodegenerativa progressiva che attacca i neuroni che controllano il movimento, causando debolezza fisica ed eventuale paralisi.

"Quando pensi alla SLA, pensi all'impatto su braccia e gambe", ha scritto Bennett in un'intervista condotta via e-mail. “Ma in un gruppo di pazienti affetti da SLA, tutto inizia con difficoltà di linguaggio. Non riesco a parlare."

Di solito, la SLA si manifesta inizialmente alla periferia del corpo: braccia e gambe, mani e dita. Per Bennett, il deterioramento non è iniziato nel midollo spinale, come è tipico, ma nel tronco encefalico. Può ancora muoversi, vestirsi e usare le dita per scrivere, anche se con crescente difficoltà. Ma non può più usare i muscoli delle labbra, della lingua, della laringe e delle mascelle per enunciare chiaramente i fonemi – o unità sonore, come sh – che sono gli elementi costitutivi del discorso.

Sebbene il cervello di Bennett possa ancora formulare indicazioni per generare quei fonemi, i suoi muscoli non possono eseguire i comandi.

Il 29 marzo 2022, un neurochirurgo di Stanford Medicine ha posizionato due minuscoli sensori ciascuno in due regioni separate – entrambe implicate nella produzione del linguaggio – lungo la superficie del cervello di Bennett. I sensori sono componenti di un'interfaccia cervello-computer intracorticale, o iBCI. Combinati con un software di decodifica all'avanguardia, sono progettati per tradurre in parole su uno schermo l'attività cerebrale che accompagna i tentativi di parlare.

Circa un mese dopo l’intervento, un team di scienziati di Stanford ha avviato sessioni di ricerca due volte a settimana per addestrare il software che interpretava il suo discorso. Dopo quattro mesi, i tentativi di espressione di Bennett venivano convertiti in parole sullo schermo di un computer alla velocità di 62 parole al minuto, più di tre volte più velocemente del record precedente per la comunicazione assistita dalla BCI.

Pat Bennett ha perso la capacità di parlare a causa della SLA. Steve Fisch

"Questi risultati iniziali hanno dimostrato il concetto, e alla fine la tecnologia raggiungerà il livello per renderlo facilmente accessibile alle persone che non possono parlare", ha scritto Bennett. “Per coloro che non parlano, questo significa che possono rimanere in contatto con il mondo più vasto, magari continuare a lavorare, mantenere amici e rapporti familiari”.

Il ritmo di Bennett inizia ad avvicinarsi alla velocità di circa 160 parole al minuto di una conversazione naturale tra gli anglofoni, ha affermato Jaimie Henderson, MD, il chirurgo che ha eseguito l'intervento.

"Abbiamo dimostrato che è possibile decodificare il parlato registrato registrando l'attività di un'area molto piccola sulla superficie del cervello", ha detto Henderson.

Henderson, professore di John e Jean Blume-Robert e Ruth Halperin nel dipartimento di neurochirurgia, è il co-autore senior di un articolo che descrive i risultati, pubblicato il 23 agosto su Nature. Il suo co-autore senior, Krishna Shenoy, PhD, professore di ingegneria elettrica e di bioingegneria, è morto prima che lo studio fosse pubblicato.

Frank Willett, PhD, scienziato dello staff dell'Howard Hughes Medical Institute affiliato al Neural Prosthetics Translational Lab, che Henderson e Shenoy hanno co-fondato nel 2009, condivide la paternità principale dello studio con gli studenti laureati Erin Kunz e Chaofei Fan.