Němí mluví, chromí chodí

Šestadvacetiletý Eric Ramsey měl vážně smůlu. V šestnácti letech utrpěl následkem automobilové havárie krvácení do mozku, které ho zcela paralyzovalo. Eric stále vidí, slyší a cítí, ale nemůže pohnout jediným svalem s výjimkou nepatrného pohybu očí. Přestože jeho postižení není léčitelné, Eric v posledních letech znovu začíná mluvit. Umožňuje mu to elektroda implantovaná do mozku a počítačový program.

Vosk a dráty v hlavě
Již v osmnáctém století celkem náhodou zjistil Luigi Galvani, že svaly jsou ovládány elektrickými impulsy. Další pokusy odhalily, že ony impulsy vysílá mozek a dokonce se podařilo přibližně určit, že za pohyby je zodpovědná oblast zvaná motor cortex. Aby bylo možné přesně říci, co způsobí, že pohneme rukou, bylo třeba zkoumat elektrickou aktivitu mozku v okamžiku, kdy je jeho majitel při vědomí a hýbe se. Do mozků pokusných zvířátek proto vědci začali zavádět tenké vodivé elektrody, které snímaly aktivitu nejbližších neuronů. Aby se elektroda při pohybu nevytrhla, utěsnili ji voskem nalitým mezi mozek a lebku.

Namísto jasné a srozumitelné komunikace mezi neurony však vědci naměřili zmatek. Neurony vysílaly impulsy neustále, bez ohledu na to, jestli zvíře dává tlapku nahoru, dolů nebo nedělá nic. Až v roce 1970 napadlo neurologa Apostolose Georgopoulose přestat s hledáním konkrétních neuronů ovládajících jednotlivé svaly a začal pátrat po vyšších povelech, které obecně říkají, kam se ruka bude pohybovat. Naučil opici ukazovat na jednotlivá místa na stole a analyzoval činnost jejích neuronů. Ukázalo se, že neurony sice bez ustání vysílají elektrické impulsy, ale dají se vysledovat neurony, které preferují určitý směr. Pokud se má ruka hýbat tímto směrem, frekvence i intenzita jejich činnosti se zvyšuje. Tímto způsobem se podařilo z mozkových signálů určit, kterým směrem opice rukou pohybuje a byl učiněn první krok k překladu mozkových impulsů.

Plastický mozek
Když se chceme podrbat na hlavě, použije k tomu náš mozek miliony neuronů. Ovšem každá sonda zavedená do mozku sbírá data nanejvýš od pár desítek neuronů. Ve skutečnosti i tohle málo stačí k celkem smysluplné akci. Stejně tak, jako se můžeme naučit jíst vidličkou či jezdit na kole, dokážeme se naučit používat jen těch pár neuronů, abychom dostali to, co chceme. Tuto tak zvanou plasticitu mozku použily opice s elektrodami, aby pohnuly ručičkou měřicího přístroje, kurzorem na obrazovce či robotickou rukou a dostaly vytouženou odměnu. Jestliže něco takového dokáží po patřičném výcviku opice, zvládnou to i lidé. Ochrnuté osoby by pak mohly jen pouhou myšlenkou ovládat počítač, invalidní vozík nebo umělou končetinu. Prvním člověkem, kterému byla do hlavy implantována elektroda, se stala roku 1996 ochrnutá žena. Další pacienti ji následovali.

EEG čelenka
Přestože se už elektrody netěsní voskem a vysílají své signály bezdrátově, stále je zavádění drátků do hlavy poněkud invazivní metoda. Je tedy logické, že se rozvíjejí i metody jiné umožňující sledovat mozkovou činnost bez otvírání lebky. Jednou z nich je funkční magnetická rezonance, která dokáže určit, které části mozku se aktivují při určitém pohybu nebo myšlence. Je ideální pro odhalování, jak mozek funguje, ale vyšetřovaný člověk musí ležet v tunelu složitého a drahého zařízení. Další možností je odečítání mozkových vln přes EEG. Struktura vln, kterou přečte EEG čelenka, pak stačí k tomu, aby se kurzor na obrazovce počítače pohnul žádoucím směrem. Jakmile člověk dokáže pohybovat kurzorem, může vybírat jednotlivá písmenka, skládat je do vět a tímto způsobem komunikovat. Na psaní e-mailů to bohatě stačí, ale pro potřeby živé konverzace je to poněkud pomalé.

Řekni „ooo“!
Eric Ramsey má nyní v mozku kovovou elektrodu, kterou prorůstá asi padesát neuronů. Elektroda snímá aktivitu mozku v místě, které ovládá pohyb jazyka, rtů a hlasivek. Když si Eric představí, že říká slovo, počítač přeloží signál jeho padesáti neuronů jako povel pro pohyb úst. Aby mohl být převeden do mluveného slova, zapojí se do akce počítačový program DIVA (Directions into Velocities of Articulators), který simuluje pohyb řečového ústrojí a podle toho vydává zvuky. Eric se dost rychle naučil pomyslet třeba na „o“ tak, aby z počítače rovněž zaznělo „o“. V roce 2008 zvládl zatím jen pár samohlásek, protože jsou snadnější. Souhlásky, celá slova a věty na něj teprve čekají. Je to však první krok k syntezátoru, který vyslovuje slova tak rychle, jak na ně člověk myslí.

---

http://speechlab.bu.edu/prosthetics.php – domovská stránka výzkumné laboratoře
http://www.technologyreview.com/Biotech/21037/?a=f
http://speechlab.bu.edu/prosthetics.php – dvě videa z nácviku „řekni oo“, dále video ukazující, jak se podle signálu z neuronů pohybuje kurzor a vybírá vhodné slovo a video předvádějící, jak funguje program DIVA
http://www.bu.edu/bostonia/spring09/silence/ – další videa