Neural-Implant half einem ALS-Patienten, fast 2 Millionen Wörter zu übertragen

Forscher an der University of California, Davis demonstrierten die langfristige Nutzung eines sprachlichen neuronalen Interfaces durch einen Patienten mit amyotropher Lateralsklerose (ALS). Über 19 Monate übermittelte Casey Harrell 183.060 Sätze — 1.960.163 Wörter — mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 56 Wörtern pro Minute.

Laut einer Veröffentlichung in Nature Medicine untersuchten die Autoren nicht eine Labor-Demonstration, sondern die alltägliche Nutzung des Systems ohne anwesende Forscher.

Was die Nutzung zu Hause offenbarte

Harrell nutzte das neuronale Interface zu Hause für mehr als 3.800 Stunden. Das System half ihm, mit Familie, Freunden, Kollegen und Ärzten zu kommunizieren, Nachrichten und E-Mails zu senden, an Videoanrufen teilzunehmen, das Internet zu nutzen und trotz Lähmung vollbeschäftigt zu bleiben.

Nach Schätzung des Patienten dekodierte das System 92% der Sätze als mindestens "größtenteils korrekt." In formalen Tests, bei denen Harrell Wörter auf einem Bildschirm gezeigt wurden, überstieg die Genauigkeit 99% mit einem Wortschatz von 125.000 englischen Wörtern. Die Höchstzahl in der Veröffentlichung betrug 99,2%.

Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung der Studie hatte Harrell das System an 444 der 653 Tage nach der Implantation genutzt. Nachdem seinen Assistenten erlaubt wurde, die Geräte eigenständig ohne anwesende Forscher zu verbinden und zu trennen, wuchs die durchschnittliche Interaktionszeit von 3,7 auf 9,5 Stunden pro Tag.

Wie das System funktioniert

Im Jahr 2023 wurden vier Mikroelektrodenarrays in Harrells linkem präzentralen Gyrus implantiert – dem Bereich des Gehirns, der mit der Sprachkoordination verbunden ist. Das System liest Signale von 256 kortikalen Elektroden, wenn der Patient versucht zu sprechen.

Der Algorithmus wandelt neuronale Aktivität alle 80 ms in Phonemwahrscheinlichkeiten um, nach denen ein Sprachmodell die wahrscheinlichste Wortfolge aus einem Wortschatz von etwa 125.000 Wörtern auswählt. Der Text wird in Echtzeit auf dem Bildschirm angezeigt. Sobald ein Satz beendet ist, kann das System ihn mit einer synthetischen Stimme ausgeben, die auf den Klang von Harrells Stimme vor seiner Erkrankung abgestimmt ist.

Um den Computer zu steuern, verwendete der Patient auch einen Cursor-Decoder. Es wurde zuvor angenommen, dass Sprache und ihre Bewegungen unterschiedliche Gehirnregionen erfordern könnten, aber das Team zeigte, dass beide Modi durch Signale aus dem sprachmotorischen Kortex umgesetzt werden können.

Von der Demonstration zum Alltagswerkzeug

Das Team hatte bereits die hohe Genauigkeit der neuronalen Schnittstelle in Laborsitzungen gezeigt. Im Jahr 2024 berichteten die Forscher, dass das System in der ersten 30-minütigen Trainingssitzung eine Genauigkeit von 99,6 % mit einem Wortschatz von 50 Wörtern erreichte. Am zweiten Tag, nach weiteren 1,4 Stunden Einrichtung, betrug die Genauigkeit 90,2 % mit einem Wortschatz von 125.000 Wörtern.

Die neue Arbeit verlagert den Fokus von kontrollierten Studien auf die langfristige Alltagsnutzung. Laut den Autoren ist dies einer der entscheidenden Schritte hin zu praktischen neuronalen Schnittstellen für Menschen mit schweren motorischen Beeinträchtigungen. Der Mitautor der Studie, Sergey Stavisky, erklärte, dass die 3.800 Stunden an Gehirnaktivität, die während der Nutzung des Systems aufgezeichnet wurden, laut seinen Daten den größten individuellen Datensatz mit Einzelneuron-Auflösung darstellen.

Die Autoren betonten, dass die Studie einen einzelnen klinischen Fall beschreibt. Es ist noch nicht bekannt, inwieweit die Ergebnisse auf andere Patienten, Implantationsbereiche, Elektrodenarten und neurologische Bedingungen übertragbar sind. Das System bleibt zudem experimentell. Es verwendet kabelgebundene Verbindungen, erfordert eine tägliche Verbindung durch geschulte Assistenten und ist aufgrund der Größe der Ausrüstung nur für den Heimgebrauch geeignet.

Im März berichtete Neuralink-Chef Elon Musk, dass sein BCI-Gerät in der Lage ist, Menschen, die ihre Sprache verloren haben, die Sprache wiederherzustellen. Einer der Patienten konnte am 80. Tag der Nutzung des neuronalen Implantats World of Warcraft starten und mit der Kraft des Denkens spielen.

Im April wurde über den Benutzer des Gehirn-Computer-Geräts Galen Buckwalter bekannt, der lernte, Musik mit der Kraft des Denkens zu erstellen.

Erinnern Sie sich, dass die Medien im Frühling berichteten, dass das Startup eines ehemaligen Präsidenten von Neuralink einen biohybriden Chip an Menschen testen würde.

Quelle: ForkLog