See seade annab insuldipatsientidele hääle tagasi

Teadlased on loonud kantava ja mugava seadme Revoice, mis aitab pärast insulti taastada loomuliku suhtlemisvõime ilma ajuimplantaatideta.

Revoice kasutab ülitundlikke sensoreid ja tehisintellekti, et dekodeerida kõnesignaale ja emotsionaalseid vihjeid, võimaldades insuldijärgse kõnehäirega inimestel loomulikult suhelda. Pehme ja painduva kaelavõruna kantav Revoice’i seade mõõdab kandja südame löögisagedust ja püüab kinni imepisikesi vibratsioone kurgulihastest ning kasutab neid signaale kavandatud sõnade ja lausete konstrueerimiseks reaalajas.

Seadmest pärinevaid signaale töötleb kaks tehisintellekti agenti: üks taastab sõnad vaikselt suu abil moodustatud kõnefragmentidest, teine aga tõlgendab emotsionaalset seisundit ja kontekstuaalset infot, näiteks kellaaega või ilmastikuolusid, et laiendada lühikesed fraasid täielikeks ja väljendusrikasteks lauseteks.

Veamäär vaid 3 – 4 protsenti!

Väikeses uuringus, kus osales viis düsartriaga patsienti – see on üks levinumaid insuldijärgseid kõnehäireid –, saavutas seade sõnade veamäära 4,2% ja lausete veamäära vaid 2,9%. Erinevalt olemasolevatest abistavatest kõnetehnoloogiatest, mis sageli nõuavad aeglast tähehaaval sisestamist, silmadega jälgimist või ajuimplantaate, võimaldab Revoice sujuvat reaalajas suhtlust, muutes vaid mõned vaikselt moodustatud sõnad täisväärtuslikeks ja ladusateks lauseteks.

Foto University of Cambridge

Mis on düsartria?

Düsartria (ingl dysarthria) on närvisüsteemi puudulikust tööst tingitud kõnehäire, mille korral on kahjustatud kõnes osalevate lihaste jõud, liigutuste kiirus, ulatus, ajastus, püsivus ja täpsus. Lihased on kas liiga pinges või lõdvad, lihaste töö ei ole koordineeritud, võivad esineda tahtmatud lihaste kokkutõmbed. Düsartria võib tekkida igas vanuses inimestel. Lastel on düsartria kõige sagedasemaks põhjuseks on laste tserebraalparalüüs ehk PCI. Täiskasvanutel on põhjuseks tavaliselt insult, trauma või progresseeruvad haigused (nt Parkinsoni tõbi, Alzheimeri tõbi või sclerosis multiplex).

Seadet saab kasutada insuldi ja Parkinsoni tõve puhul

Tulemused, mis avaldati ajakirjas Nature Communications, võivad olla olulised mitte ainult insuldijärgse rehabilitatsiooni seisukohalt, vaid aidata ka Parkinsoni tõve ja motoorsete neuronite haigustega (levinuim neist amüotroofiline lateraalskleroos, ALS, aga ka teised lihasatroofiad) inimesi. Seadme arendamist juhtisid Cambridge’i Ülikooli teadlased. Teadlased kavandavad praegu Cambridge’is kliinilist uuringut emakeelena inglise keelt kõnelevate düsartriaga patsientidega, et hinnata süsteemi kasutatavust; uuring loodetakse käivitada veel sel aastal.

Ligikaudu pooltel inimestel tekib pärast insulti düsartria või düsartria koos afaasiaga. See mõjutab inimesi erinevalt, kuid sageli avaldub see ebaselge kõnena, aeglase või pudiseva kõnena või lühikeste, katkendlike lausungitena täislausete asemel.

Inimene teab, mida öelda tahab, aga ei suuda seda teha

„Kui inimestel tekib pärast insulti düsartria, võib see olla äärmiselt frustreeriv, sest nad teavad täpselt, mida nad öelda tahavad, kuid füüsiliselt on neil raske seda väljendada, kuna insuldi tõttu on aju ja kõri vahelised signaalid häiritud,“ ütles Cambridge’i Ülikooli inseneriteaduskonna professor Luigi Occhipinti, kes juhtis uuringut. „See frustratsioon võib olla väga sügav – nii patsientide endi kui ka nende hooldajate ja pereliikmete jaoks.“

Enamik düsartriaga insuldipatsiente töötab kõneterapeudiga, et taastada suhtlemisvõime, peamiselt korduvate harjutuste kaudu, kus patsient kordab sõnu või fraase terapeudi järel. Tüüpiline taastumisaeg varieerub mõnest kuust kuni aasta või kauemani.

Ajuimplantaatide vajadus kaob

„Pärast mõningast harjutamist suudavad patsiendid tavaliselt kordusharjutusi teha, kuid neil on sageli raskusi avatud küsimuste ja igapäevase vestlusega,“ ütles Occhipinti. „Ja kuna paljud patsiendid taastavad lõpuks suurema osa või kogu oma kõne, ei ole invasiivseid ajuimplantaate vaja, kuid väga suur vajadus on intuitiivsemate ja kaasaskantavamate kõnelahenduste järele.“

Occhipinti ja tema kolleegid töötasidki Revoice’i välja just sellise lahendusena. Seadme sensorid püüavad kinni peened vibratsioonid kurgus, et tuvastada kõnesignaale, ning dekodeerivad emotsionaalseid seisundeid pulsisignaalide põhjal – see on lihtsustatud, kuid tõhus asendusmeetod. Seade kasutab ka sisseehitatud kerget suurt keelemudelit (LLM), et ennustada täislauseid, mistõttu energiakulu on minimaalne.

Seade töötab ka praktikas

Koostöös Hiina kolleegidega viisid teadlased läbi väikese uuringu viie düsartriaga insuldipatsiendi ja kümne terve kontrollisiku osalusel. Uuringus kandsid osalejad seadet ja moodustasid vaikselt lühikesi fraase. Kahekordse peanoogutusega said nad valida, kas laiendada need fraasid sisseehitatud LLM-i abil täislauseteks.

Ühes näites muutus fraas „We go hospital“ lauseks: „Kuigi on juba üsna hilja, tunnen end endiselt ebamugavalt. Kas me võiksime nüüd haiglasse minna?“ Revoice’i seadme sensorid järeldasid, et kandja tundis pettumust tema kõrgenenud pulsisageduse põhjal ning et oli hiline õhtu. LLM kasutas neid andmeid, et laiendada kolm vaikselt moodustatud sõna täislauseteks.

Skeem University of Cambridge

Insuldipatsiendid saavad iseseisvuse tagasi

Uuringus osalejad teatasid 55% suuremast rahulolust, mis näitab, et seade võib olla paljulubav areng insuldipatsientide suhtlemisvõime taastamisel. Kuigi enne laialdast kasutuselevõttu on vaja ulatuslikke kliinilisi uuringuid, loodavad teadlased, et seadme tulevased versioonid hõlmavad mitmekeelset tuge, laiemat emotsionaalsete seisundite valikut ja täielikult iseseisvat toimimist igapäevaseks kasutamiseks.

„See tähendab inimestele nende iseseisvuse tagasisaamist,“ ütles Occhipinti. „Suhtlemine on väärikuse ja taastumise seisukohalt fundamentaalne.“

Uuringut toetasid osaliselt British Council, Haleon ning Inseneri- ja Füüsikateaduste Teadusnõukogu (EPSRC), mis kuulub Ühendkuningriigi teadus- ja innovatsiooniorganisatsiooni (UKRI) alla.