Oamenii de știință au identificat activitatea cerebrală asociată cu vocea interioară - implicații pentru neuroprotezele vocale

Progresele recente în domeniul interfețelor creier-computer (ICC) deschid perspective promițătoare pentru restaurarea comunicării în paralizii severe. Un nou studiu publicat în jurnalul Cell investighează dacă vorbirea interioară – gândirea verbală fără exprimare vocală – este reprezentată în cortexul motor și dacă poate fi decodată pentru a alimenta o neuroproteză vocală în timp real.
Tehnologiile ICC actuale se bazează pe vorbirea încercată (mișcări vocale intenționate, dar ineficiente). Totuși, aceasta poate fi obositoare și limitată în viteză. Vorbirea interioară – comună în cititul silențios, planificare sau memorare – ar putea oferi o alternativă mai naturală și mai puțin solicitantă pentru controlul unei interfețe creier-computer.

Despre studiu

Participanți și metode

Studiul a inclus patru persoane cu paralizie severă sau anartrie, implantate cu microelectrozi intracorticali în regiuni ale girusului precentral (cortex motor). Cercetătorii au înregistrat activitatea neuronală în timp ce participanții produceau, mimau sau doar își imaginau pronunțarea unor cuvinte și propoziții.

S-au explorat trei forme de vorbire:

• Vorbire încercată (vocalizată sau mimată)
• Vorbire interioară (gândire verbală voluntară)
• Vorbit perceput și citit silențios

Decodarea în timp real a fost testată folosind rețele neuronale recurente, aplicate pe un vocabular de 50 și apoi 125.000 de cuvinte.

Rezultate

Vorbirea interioară este reprezentată în cortexul motor

Toți participanții au prezentat reprezentări clare ale vorbirii interioare în anumite regiuni corticale (în special în ariile i6v și 55b). În unele cazuri, acuratețea decodării pentru vorbirea interioară a fost similară sau mai mare decât cea pentru vorbirea încercată.

Vorbirea interioară și încercată împart un cod neural comun

Analizele de corelație și PCA au arătat că vorbirea interioară și cea încercată sunt codificate în aceeași rețea neuronală, dar cu intensitate diferită. Diferențele de activare se pot datora unei componente specifice – dimensiunea intenției motorii – care separă comportamentele fără declanșarea mișcărilor reale.

Decodare în timp real a propozițiilor vorbite interior

La trei participanți disartrici, neuroprotezarea vorbirii interioare a permis decodarea propozițiilor în timp real. Rata de eroare a cuvintelor a variat între 14% și 54%, în funcție de vocabular și participant. Preferința a fost exprimată pentru vorbirea interioară, datorită confortului și efortului redus.

Vorbirile interioare neindicate pot fi totuși decodate

În sarcini de memorare secvențială și numărare, activitatea corticală a reflectat utilizarea spontană a vorbirii interioare, chiar fără instrucțiuni explicite. Acest lucru sugerează că aspecte ale monologului interior pot fi decodate în contexte cognitive variate.

Implicarea dimensiunii intenției motorii

Prin intercalarea probelor de vorbire încercată și interioară în același bloc experimental, autorii au identificat o dimensiune neurală distinctă a intenției motorii. Aceasta separă cele două forme de vorbire fără suprapuneri accidentale, permițând antrenarea decodoarelor cu capacitatea de a ignora vorbirea interioară.

Strategii pentru protejarea intimității mentale

Două abordări au fost testate:

• Strategia „imagini silențioase”: un model antrenat să trateze vorbirea interioară ca tăcere. A menținut performanța pentru vorbirea încercată și a redus drastic decodarea involuntară.
• Strategia „cuvânt-cheie”: decodarea este activată doar după detectarea unui cuvânt interior specific. Rata de detectare a fost de 98,75%.

Implicarea clinică a rezultatelor

Acest studiu arată că vorbirea interioară poate alimenta o neuroproteză vocală, cu avantaje importante:

• Confort sporit în utilizare
• Eliminarea efortului muscular și respirator
• Viteză potențial comparabilă cu vorbirea naturală

În plus, strategii de control permit protejarea intimității cognitive, aspect esențial pentru acceptarea acestor tehnologii.

Concluzii

Reprezentarea robustă a vorbirii interioare în cortexul motor, corelată cu performanța ridicată a decodării în timp real și cu protecția împotriva decodării neintenționate, susțin fezabilitatea dezvoltării unei ICC vocale controlate prin gândire verbală. Aceste descoperiri creează premise solide pentru viitoare aplicații clinice în paralizii severe sau sindroame de închidere completă, dar impun și nevoi etice urgente privind protejarea gândirii private.