Швейцарский микрочип превращает мысли в текст

Швейцарский микрочип превращает мысли в текст. CC-BY-SA 4.0© 2024 EPFL

Ученые Лозаннского Политеха (EPFL Lausanne) разработали микрочип, который с высокой точностью преобразует мысли в текст, потребляя минимум энергии.

Крошечный чип, размером всего в несколько квадратных миллиметров: таков новейший миниатюрный интерфейс «мозг-компьютер» (brain-machine interface, MiBCI), разработанный группой ученых Швейцарского Федерального технологического института Лозанны (EPFL). О своей разработке они сообщили в рецензируемом журнале IEEE Journal of Solid-State Circuits.

Согласно данным пресс-релиза EPFL, главное новшество здесь состоит в миниатюризации. Обычно системы такого рода «громоздки, потребляют много энергии и ограничены в практическом применении». Этот же новый MiBCI представляет собой новый шаг в сторону миниатюризации электронных интерфейсов формата «мозг-машина».

Швейцарский чип из Лозанны переводит мозговую активность человека в машиночитаемый формат «с точностью в 91,3%», что является «значительным» улучшением по сравнению с предыдущими версиями таких интерфейсов. «Наш MiBCI преобразовывает нейронную активность в декодируемый текст с высокой точностью и с низким энергопотреблением», — указывает Махса Шоаран (Mahsa Shoaran), заведующая Лабораторией интегрированных нейротехнологий (Integrated Neurotechnologies Laboratory EPFL).

Крошечный чип, размером всего в несколько квадратных миллиметров: таков новейший миниатюрный интерфейс «мозг-компьютер» (brain-machine interface, MiBCI), разработанный группой ученых Швейцарского Федерального технологического института Лозанны (EPFL). CC-BY-SA 4.0© 2024 EPFL

«Это настоящий прорыв, который заметно приближает нас к практическим, имплантируемым инженерным решениям, способным значительно улучшить ситуацию людей с тяжелыми двигательными дефицитами и ограничениями в области коммуникации с окружающей средой». К таким пациентам относятся люди с боковым амиотрофическим склерозом (ALS), с синдромом «запертого человека» (синдром деэфферентации, locked-in syndrome) или страдающие от последствий травм спинного мозга.

Новый подход к анализу данных

Чтобы интерфейс смог декодировать мысли, для начала в мозг нужно вживить электроды. Потом пациент может представить себе, что он, например, в данный момент пишет буквы или слова. Электроды регистрируют активность нейронов, связанных с мелкой моторикой пальцев при письме, и отправляют соответствующие сигналы на компьютер, отвечающий за декодирование этих сигналов.

Чип MiBMI обрабатывает сигналы в реальном времени и переводит движения руки, задуманные мозгом, в соответствующий текст, читаемый в цифровом виде (см. врезку). С точки зрения EPFL эта разработка стала «шедевром экстремальной миниатюризации, сочетающей в себе опыт в области интегральных схем, нейротехнологий и искусственного интеллекта».

Но прежде ученым пришлось придумать совершенно новый подход к анализу данных, который позволял бы обрабатывать большой объем информации, снимаемой электродами миниатюрного интерфейса. Они обнаружили, что активность мозга, связанная с каждой отдельной буквой (когда человек представляет, что он пишет ее от руки) содержит очень специфические маркеры, называемые отличительными нейронными кодами или distinktive neuronale codes (DNC).

Поэтому было решено, что новый микрочип будет обрабатывать только эти DNC объёмом около 100 байт каждый, а не тысячи байт данных, генерируемых для каждой буквы. Таким образом, система работает быстро, точно и потребляет при этом минимум энергии. По словам ученых из Лозанны, это решение также позволяет «ускорить время обучения, делая новую технологию более простой и доступной в использовании».