El sistema anterior para que los pacientes con ELA pudieran comunicarse era similar a los mensajes de texto. El nuevo sistema permite una conversación más natural.
Los investigadores de la Universidad de California en Davis han desarrollado una interfaz cerebro-ordenador en fase de investigación que promete devolver la voz a las personas que han perdido la capacidad de hablar debido a afecciones neurológicas. En un nuevo estudio publicado en la revista científica Nature, demuestran cómo esta nueva tecnología puede traducir instantáneamente la actividad cerebral en voz cuando una persona intenta hablar, creando así un tracto vocal digital.
El sistema permitió al participante en el estudio, que padece esclerosis lateral amiotrófica (ELA), «hablar» a través de un ordenador con su familia en tiempo real, cambiar su entonación y «cantar» melodías sencillas.
«Traducir la actividad neuronal a texto, que es como funciona nuestra anterior interfaz cerebro-ordenador de voz, es parecido a los mensajes de texto. Es una gran mejora en comparación con las tecnologías de asistencia estándar, pero sigue retrasando la conversación. En comparación, esta nueva síntesis de voz en tiempo real es más parecida a una llamada de voz», afirma Sergey Stavisky, autor principal del artículo y profesor adjunto del Departamento de Cirugía Neurológica de UC Davis. Stavisky codirige el Laboratorio de Neuroprótesis de la UC Davis.
«Con la síntesis de voz instantánea, los usuarios de neuroprótesis podrán participar más en una conversación. Por ejemplo, podrán interrumpir, y será menos probable que la gente les interrumpa accidentalmente», dijo Stavisky.
Casey Harrell, diagnosticado con ELA en 2019, pronunció las primeras palabras que su hija de cinco años recordó haberle oído, gracias a un innovador avance médico. (UC Davis Health)
Crédito
UC Davis Health
La descodificación de señales cerebrales, núcleo de la nueva tecnología
Este hombre participa en el ensayo clínico BrainGate2 de UC Davis Health. Su capacidad para comunicarse a través de un ordenador ha sido posible gracias a una interfaz cerebro-ordenador (BCI) en fase de investigación. Consta de cuatro conjuntos de microelectrodos implantados quirúrgicamente en la región del cerebro responsable de la producción del habla.
Estos dispositivos registran la actividad de las neuronas del cerebro y la envían a ordenadores que interpretan las señales para reconstruir la voz.
«El principal obstáculo para sintetizar la voz en tiempo real era no saber exactamente cuándo y cómo intenta hablar la persona con pérdida del habla», explica Maitreyee Wairagkar, primer autor del estudio y científico del proyecto en el Laboratorio de Neuroprótesis de la UC Davis. «Nuestros algoritmos asignan la actividad neuronal a los sonidos previstos en cada momento. Esto permite sintetizar matices en el habla y dar al participante el control sobre la cadencia de su voz BCI».
La interfaz cerebro-ordenador fue capaz de traducir las señales neuronales del participante en el estudio en habla audible reproducida a través de un altavoz con gran rapidez: una cuadragésima de segundo. Este breve retardo es similar al que experimenta una persona cuando habla y oye el sonido de su propia voz.
La tecnología también permitió al participante decir palabras nuevas (palabras que el sistema no conocía) y hacer interjecciones. Podía modular la entonación de su voz generada por ordenador para hacer una pregunta o enfatizar palabras concretas de una frase.
El participante también dio pasos hacia la variación del tono cantando melodías sencillas y cortas.
Su voz sintetizada por BCI era a menudo inteligible: Los oyentes podían entender correctamente casi el 60% de las palabras sintetizadas (frente al 4% cuando no utilizaba la BCI).
Habla en tiempo real con ayuda de algoritmos
El proceso de traducir instantáneamente la actividad cerebral en habla sintetizada se ve facilitado por avanzados algoritmos de inteligencia artificial.
Los algoritmos del nuevo sistema se entrenaron con datos recogidos mientras se pedía al participante que intentara pronunciar frases que se le mostraban en la pantalla de un ordenador. De este modo, los investigadores obtuvieron información sobre lo que intentaba decir.
La actividad neuronal mostraba los patrones de disparo de cientos de neuronas. Los investigadores alinearon esos patrones con los sonidos del habla que el participante intentaba producir en ese momento. Así, el algoritmo aprendió a reconstruir con precisión la voz del participante a partir de sus señales neuronales.
«Nuestra voz forma parte de lo que nos hace ser quienes somos. Perder la capacidad de hablar es devastador para las personas con afecciones neurológicas», afirma David Brandman, codirector del Laboratorio de Neuroprótesis de la UC Davis y neurocirujano que realizó el implante al participante.
«Los resultados de esta investigación ofrecen esperanza a las personas que quieren hablar pero no pueden. Mostramos cómo un hombre paralítico podía hablar con una versión sintetizada de su voz. Este tipo de tecnología podría ser transformadora para las personas que viven con parálisis».
REFERENCIA
An instantaneous voice-synthesis neuroprosthesis
Imagen principal: El participante está inscrito en el ensayo clínico BrainGate2 de UC Davis Health. Su capacidad para comunicarse a través de un ordenador ha sido posible gracias a una interfaz cerebro-ordenador (BCI) en fase de investigación. Consiste en cuatro conjuntos de microelectrodos implantados quirúrgicamente en la región del cerebro responsable de producir el habla. Estos dispositivos registran la actividad de las neuronas del cerebro y la envían a ordenadores que interpretan las señales para reconstruir la voz. Crédito: UC Davis Health
