Už nikdy se nepohne. Muž přežil vážné zranění, ale od roku 2007 je upoután na lůžku a jeho tělo zůstalo od krku dolů paralyzované. Moc možností komunikace se světem mu nezůstalo, například o psaní si mohl nechat jen zdát. Teď mu však jeho rukopis vrátí speciálně navržený mozkový implantát, který dokáže pacientovy myšlenky přeložit do textu s 94procentní přesností.
Zařízení je výsledkem dlouholeté spolupráce výzkumníků, kteří svůj projekt nazvali BrainGate. Je to pokus na rozhraní funkcí mozku a počítače (BCI), který využívá umělou inteligenci k interpretaci signálů mezi neurony, které mozek produkuje při psaní rukou. V tomto případě se předmětem studie stal 65letý muž, který dostal kódové označení T5, aby jeho jméno zůstalo nezveřejněno. Podle článku, který vědecký tým publikoval v časopise Nature, se po celou dobu experimentů, kdy měl v hlavě čip, soustředil na představu, že skutečně píše. Vzpomínal na to, jak klouže perem po papíře a precizně tvaruje jednotlivá písmena.
Implantáty v motorické kůře jeho mozku přitom snímaly elektrickou aktivitu během této fiktivní činnosti. Algoritmy na externím počítači pak signály analyzovaly a převedly je na skutečné trajektorie, které by opsala mužova ruka, kdyby s ní mohl pohnout. Takto se umělá inteligence naučila, jak se v mozku projevuje úmysl napsat jakékoli z 26 písmen abecedy a základní interpunkční znaménka.
„Náš nový systém využívá jak bohatou neurální aktivitu zaznamenanou intrakortikálními elektrodami, tak sílu jazyka. Dekódováním mozkové aktivity, která přísluší konkrétním písmenům, rychle získáme souvislý text,“ říká vedoucí studie Frank Willett, povoláním výzkumník neurální protetiky ze Stanfordovy univerzity.
V rámci výzkumu BrainGate vznikaly podobné projekty, které měly převést myšlenky do textu, dlouhé roky. Jenže všechny předchozí experimenty se soustředily na odlišnou intelektuální činnost. Pokusní pacienti se například snažili pomocí myšlenek ovládat počítačovou myš.
Rukopis se nezapomíná
V červenci letošního roku například vědci ze San Francisca publikovali výzkum, kde používali počítač k převodu myšlenek do řeči. Paralyzovaný pacient však tímto způsobem zvládl ovládat pouze základní slovní zásobu čítající 50 slov. Vyslovit jich mohl 15 za minutu. Normálně mluvíme více než desetkrát rychleji. Pacient sice dokázal mluvit ve větách, ale oproti schopnosti sestavit z jednotlivých písmen jakékoli slovo, byl výběr z naučených frází dost limitující.
Ale potom vědci zjistili, jak silné neuronové signály vydává prosté psaní rukou. Schopnost vládnout tužkou vyžaduje rychlost a obratnost. Člověk se to naučí a od té doby má tuto dovednost nesmazatelně zakódovanou v mozku, což dělá ze psaní ideální činnost pro komunikaci na rozhraní mozku a počítače.
Pacientovo písmo rekonstruované umělou inteligencí. Foto: Frank WillettPacient T5 dokázal, jak moc může virtuální rukopis pomoci lidem, kteří přišli prakticky o jakoukoli schopnost se pohnout. V testech muž dokázal psát rychlostí 90 úhozů (tedy 18 slov) za minutu. Počítač tvořil text s 94procentní přesností vůči myšlenkám a autokorekce opravila překlepy tak, že výsledný projev byl z 99 procent správně. Pacient tak překonal rychlost všech předchozích experimentů s vizuální klávesnicí či podobnými počiny. Dokonce psal stejně rychle, jako jeho vrstevníci píší na smartphonu – což je asi 115 znaků a 23 slov za minutu.
„Zjistili jsme, že mozek si zachovává dovednost opakovat jemné pohyby i dekádu po tom, co tělo ztratilo schopnost je vykonávat,“ uvedl Willett. „A naučili jsme se, že záměrně složité pohyby, při nichž se mění rychlost a směr trajektorie, jako je psaní, může algoritmus interpretovat snadněji než rovné stabilní tahy počítačovou myší,“ dodává. Je tomu tak proto, že jednotlivá písmena abecedy se od sebe velmi liší, takže se dají snadno rozpoznat. Proto umělá inteligence hned odhalí, co pacient zamýšlí udělat. Díky složitější kresbě dostane počítač okamžitě desítky vstupních dat, místo jediné čáry.
Technologie pro Neuralink
Technologie vědců ze Stanfordu je zatím první svého druhu. Tým ji nyní považuje za důkaz principu a slibuje si od ní další pokrok. Jelikož se ale zatím osvědčila jen u jediného pacienta, nyní rozhodně nemůže být řeč o tom, že by nemocnice začaly ve velkém implantovat do mozků ochrnutých lidí elektrody na psaní. V příštích fázích experimentu se budou umělou inteligenci učit používat další lidé. Algoritmus se zároveň bude trénovat na více znaků, například začne používat velká písmena. Systém by se měl dále zpřesnit pomocí zvyšování jeho citlivosti a měly by se do něj začlenit komplexnější nástroje, které uživateli umožní upravovat text.
Zkrátka zařízení potřebuje ještě spoustu práce, ale i tak je to něco, na co se pacienti mohou těšit. Aby ne, když implantát vrátí možnost komunikace s okolním světem těm, kdo ji ztratili. „Naše výsledky otevírají úplně nový přístup k BCI. Dokázali jsme, že je možné přesně dekódovat rychlé a precizní pohyby i po letech paralýzy,“ píší vědci. „Věříme, že naše technologie má před sebou velkou budoucnost.“
Výzkum BCI začal v roce 2004 a soustředí se především na obnovu hrubých motorických schopností – jako je právě ovládání počítače. V poslední době však tato technologie zaujala členy společnosti Neuralink Elona Muska a zástupce Kernelu či Zuckerbergovy Mety.
