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Una prótesis para el habla
Durante más de ocho años, Erik Ramsey ha estado atrapado en su propio cuerpo. A los 16 años, Ramsey sufrió una lesión en el tronco cerebral después de un accidente automovilístico, dejándolo con una condición conocida como síndrome de enclaustramiento. A diferencia de otras formas de parálisis, los pacientes encerrados todavía pueden sentir sensaciones, pero no pueden moverse por sí mismos y no pueden controlar los complejos músculos vocales necesarios para hablar. En el caso de Ramsey, sus ojos son su único medio de comunicación: hacia el cielo para el sí, hacia abajo para el no.
Hablar: Los científicos de la Universidad de Boston están diseñando una prótesis del habla que algún día podría traducir el pensamiento en palabra hablada para personas con ciertos trastornos relacionados con el habla. El equipo escaneó el cerebro de un paciente paralizado y encontró que, dentro de la región motora del cerebro involucrada en el habla (entre las líneas roja y amarilla), ciertas áreas se iluminan (naranja) de acuerdo con varios sonidos que el paciente escucha mentalmente.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Boston están desarrollando un software informático para leer el cerebro que, en esencia, traduce los pensamientos en habla. Combinada con un sintetizador de voz, esta tecnología de interfaz cerebro-máquina le ha permitido a Ramsey vocalizar las vocales en tiempo real, un gran paso hacia la recuperación del habla completa para Ramsey y otros pacientes con trastornos paralizantes del habla. Los investigadores presentan su trabajo en la anual Sociedad Acústica de América reunión en París esta semana.
La pregunta es, ¿podemos obtener suficiente información que produzca un habla inteligible? pregunta Philip Kennedy de Señales neuronales , desarrollador de interfaces cerebro-computadora con sede en Atlanta. Creo que hay una buena oportunidad en este punto.
Kennedy y Frank Guenther , profesor asociado del Departamento de Sistemas Cognitivos y Neurales de la Universidad de Boston, ha estado decodificando la actividad dentro del cerebro de Ramsey durante los últimos tres años a través de un electrodo permanente implantado debajo de la superficie de su cerebro, en una región que controla el movimiento de la boca, los labios, y mandíbula. Durante una sesión típica, el equipo le pide a Ramsey que diga mentalmente un sonido en particular, como ooh o ah. A medida que repite el sonido en su cabeza, el electrodo capta señales nerviosas locales, que se envían de forma inalámbrica a una computadora. Luego, el software analiza esas señales en busca de patrones comunes que probablemente denoten ese sonido en particular.
El software está diseñado para traducir la actividad neuronal en lo que se conoce como frecuencias formantes, las frecuencias resonantes del tracto vocal. Por ejemplo, si su boca está muy abierta y su lengua está presionada contra la base de la boca, se crea una cierta frecuencia de sonido a medida que fluye el aire, según la posición de la musculatura vocal. La posición de los músculos diferentes crea una frecuencia diferente. Guenther entrenó a la computadora para reconocer patrones de señales neuronales vinculadas a movimientos específicos de la boca, la mandíbula y los labios. Luego tradujo estas señales en las frecuencias de sonido correlacionadas y programó un sintetizador de sonido para proyectar estas frecuencias a través de un altavoz en forma de audio.
Hasta ahora, Guenther y Kennedy han programado el sintetizador para reproducir sonidos en 50 milisegundos, es decir, casi instantáneamente, desde que Ramsey los expresó por primera vez en su cabeza. Esta función de reproducción de audio le ha permitido a Ramsey practicar mentalmente las vocales, primero escuchando su pronunciación inicial y luego ajustando su representación de sonido mental para mejorar la siguiente reproducción. Jonathan Brumberg, estudiante de doctorado en el laboratorio de Guenther, dice que si bien cada ensayo ha sido lento (requiere un gran esfuerzo por parte de Ramsey), los resultados han sido prometedores. En este punto, puede hacer estos sonidos de vocales bastante bien, dice Brumberg. Ahora estamos bastante seguros de que se puede lograr lo mismo con las consonantes.
Sin embargo, como hay cuatro veces más consonantes que vocales, el equipo puede tardar años en decodificar todos los sonidos, por no mencionar los encadenados para reconocer y producir un habla fluida. Brumberg dice que es posible que el equipo deba implantar más electrodos, en áreas dedicadas exclusivamente a la lengua, los labios o la boca, para obtener una imagen precisa de los sonidos más complejos, como las consonantes.
El electrodo solo captura alrededor de 56 señales neuronales distintas, dice Brumberg. Pero tienes que pensar: hay miles de millones de células en el cerebro con billones de conexiones, y solo estamos muestreando una porción muy pequeña de lo que hay allí.
El equipo no tiene planes inmediatos de implantar a Ramsey electrodos adicionales. Sin embargo, Guenther también está explorando métodos no invasivos para estudiar la producción del habla en voluntarios normales. Él y Brumberg están escaneando los cerebros de hablantes normales utilizando imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI). A medida que los voluntarios realizan diversas tareas, como nombrar imágenes y repetir mentalmente varios sonidos y palabras, las áreas activas del cerebro se iluminan en respuesta.
Guenther y Brumberg planean analizar estos escaneos en busca de patrones comunes, centrándose en regiones específicas relacionadas con ciertos sonidos, con el objetivo de implantar algún día electrodos adicionales en estas regiones. Los investigadores dicen que la decodificación de señales dentro de estas áreas puede ayudar a traducir el habla en personas con trastornos como el síndrome de enclaustramiento y otras formas de parálisis.
Para los pacientes con ciertos tipos de trastornos relacionados con el habla que se originan en el sistema nervioso periférico, este enfoque es muy prometedor, dice Vincent gracco , director del Centro de Investigación sobre Lenguaje, Mente y Cerebro de la Universidad McGill. Existe la posibilidad de proporcionar un medio útil de comunicación para pacientes sin habla funcional, de formas que no se han explorado.