محققان موفق شدند راز کدگذاری گفتار در مغز را پیدا کنند

محققان به دنبال آن هستند که با توسعه یک واسط مغز-ماشین برای کدگشایی فرمان‌های ارسالی مغز به زبان، کام، لب‌ها و حنجره، به افراد کاملا فلج کمک کنند تا بتوانند راحت و مستقیم با دیگران ارتباط برقرار کنند.

محققان دانشگاه Northwestern و کالج علم و هنر Weinberg دریافته‌اند که روش کنترل مغز بر گفتار، مشابه نحوه‌ی کنترل حرکات دست‌ها و بازوهاست. برای این کار، محققان سیگنال‌های دو قسمت مغز را ثبت کرده و آن را کدگشایی کردند. دانشمندان دریافتند که مغز هردو هدف خود را در این سیگنال‌ها ارائه می‌کند، یکی اینکه ما به دنبال گفتن چه چیزی هستیم و دیگر اینکه هرکدام از حرکات خاص لب، کام، زبان و حنجره چگونه باید باشد؛ با این تفاوت که هرکدام در قسمت جداگانه‌ای از مغز رخ می‌دهد.

دکتر Marc Slutzky می‌گوید: این یافته‌ها به ما کمک می‌کند سیستم‌های کدگشایی بهتری برای BMIها (واسط‌های مغز- ماشین) بسازیم و در نهایت به افراد فلج کامل کمک کنیم برای سخن گفتن دوباره.

این کشف همچنین می‌تواند به افرادی که دچار اختلالات گفتاری هستند کمک کند، اختلالاتی مانند اپراکسیای گفتاری که هم در کودکان و هم در افراد بالغ پس از سکته دیده می‌شود. در اپراکسیای گفتاری فرد در ترجمه‌ی پیام‌های گفتاری از مغز به زبانِ گفتار مشکل دارد.

گفتار از صداهای خاص، که به آن‌ها واج گفته می‌شود، تشکیل می‌شود. واج‌ها با استفاده از حرکات هماهنگ لب‌ها، زبان، کام و حنجره تولید می‌شوند. با این حال، دانشمندان نمی‌داستند این حرکات، که به آن‌ها articulatory gestures گفته می‌شود، چگونه توسط مغز هدایت می‌شوند. مخصوصا به خوبی درک نشده بود که کورتکس مغزی تولید گفتار را کنترل می‌کند، و هیچ مدرکی دال بر ارائه دستورات articulatory gestures در مغز دیده نشده بود.

دکتر اسلاتزکی می‌گوید: فرضیه‌ی ما این بود که نواحی موتور گفتار در مغز باید سازمان‌دهی مشابه نواحی کنترل بازوها در مغز داشته باشند. کورتکس precentral باید حرکات لب، کام، زبان و حنجره را کنترل کرده و نواحی قشری با عملکردهای بالاتر، باید واج‌ها را کنترل کنند.

این دقیقا همان چیزی است که در نهایت مشاهده شد. اسلاتزکی می‌گوید: ما دو ناحیه از مغز که به تولید گفتار کمک می‌کنند را مطالعه کردیم. قسمت کورتکس precentral حرکات اندام‌ها را بیشتر تحت کنترل داشته تا تولید واج. قسمت کورتکس زیرقدامی (inferior frontal cortex)، که یک ناحیه گفتاری بالاتر محسوب می‌شود، حرکات و واج‌ها را باهم کنترل می‌کند.

حرف زدن بیماران تحت عمل جراحی مغز برای کدگشایی سیگنال‌های مغزی‌شان

محققان دانشگاه Northwestern سیگنال‌های مغزی ناحیه‌ی سطح قشری را با استفاده از الکترودهایی که در بیماران (تحت عمل جراحی برداشت تومور) قرار داده بودند، ثبت کردند. بیماران باید در حین عمل جراحی بیدار باشند، بنابراین محققان از آن‌ها خواستند که لغاتی که روی یک صفحه نمایشگر ظاهر می‌شده است را بخوانند.

پس از عمل جراحی، محققان زمان‌هایی که بیمار در حال تولید واج و انجام حرکات گفتاری بوده را مشخص کردند. سپس با استفاده از سیگنال مغزی ثبت شده از هر یک از نواحی قشری مغز، هرکدام از واج‌ها و حرکاتی که انجام شده بود را کدگشایی و دقت کدگشایی را اندازه گیری کردند. سیگنال‌های مغزی قسمت precentral در رمزگشایی حرکات دقیق‌تر از واج‌ها بودند، در حالی که سیگنال‌های مربوط به کورتکس زیرقدامی در هردو حالت رمزگشایی واج‌ها و حرکات به یک اندازه دقیق بودند. این یافته‌ها از مدل‌های زبانشناسی نحوه‌ی تولید گفتار پشتیبانی می‌کند. همچنین این یافته‌ها می‌توانند به مهندسان در طراحی BMIها کمک کنند که گفتارهای منشا گرفته از این قسمت‌های مغزی را رمز گشایی کنند.

گام بعدی برای این پژوهش توسعه ی یک الگوریتم برای BMI‌هاست که نه تنها بتواند حرکات را رمز گشایی کند، بلکه با ترکیب این حرکاتِ رمزگشایی شده، به تولید لغت‌ها بپردازد.

منبع: وبسایت دانشگاه نورثوسترن