הקול בראש

המדען המבריק סטיבן הוקינג (Hawking) הגה תיאוריות, תרם לחקר הפיזיקה והבנת החלל והיה סופר מדע פופולרי שאף כתב ספרי ילדים. למרבה הצער הוא ידוע לא רק בשל הישגיו המדעיים והנגשת המדע, אלא גם בשל מחלת ניוון השרירים שבה חלה, ושמנעה ממנו את השימוש ברוב שריריו. בין השאר, בשנותיו האחרונות לא יכול היה לדבר.

פעולת הדיבור מצריכה שימוש מתואם ומדויק בשרירים רבים, כדוגמת שרירי השפתיים, הלשון, הלסת והגרון. פעולת השרירים יכולה להיפגע מסיבות רבות, בהן שבץ, פגיעה בחוט השדרה ומחלות מוח ניווניות – כמו מחלת ניוון השרירים, שפוגעת בתאי העצב שמעבירים לשרירים מסרים מהמוח כדי להפעילם. חוקרים מחפשים דרכים חלופיות שיפצו על אובדן התקשורת המילולית, באופן שישפר את חיי המטופלים שנמנעת מהם יכולת כה בסיסית וחשובה.

אדם שעדיין שולט בחלק משריריו, יכול לתקשר בעזרת ידיו, פיו או עיניו. הוא יכול להפעיל איתם מחשבים שמאפשרים לו לבטא מילים ואף משפטים. הוקינג, למשל, שלט במחשב עם תנועות ידיים עדינות ומצמוצים, וכך יצר מילים ומשפטים שהמחשב השמיע. לעיתים, כשהשיתוק חמור יותר, עושים המטופלים שימוש בממשקי מוח-מחשב (Brain-Computer Interfaces), המבוססים על אלקטרודות שמושתלות במוח של המטופל. האלקטרודות האלה קולטות את פעילותם של תאי העצב ומשתמשות בה כדי ללמוד לחזות את כוונתו של המטופל. ממשקים מסוג זה כבר מאפשרים למשותקי שרירים להקליד באמצעות כוח המחשבה בלבד, אבל היעילות שלהם עדיין מוגבלת. הם מבצעים קידוד איטי של מחשבות המטופלים למילים ומייצרים דיבור איטי – בערך חצי ממהירות הדיבור הרגילה.

סטיבן הוקינג, שסבל מניוון שרירים, שלט במחשב עם תנועות ידיים עדינות ומצמוצים, וכך יצר מילים ומשפטים שהמחשב השמיע | Shutterstock, Koca Vehbi

מסע בין אלקטרודות – הדור הבא

במחקר חדש, חוקרים בדקו גישה שעשויה לשפר את היעילות של ממשקי מוח-מכונה. הם השתמשו במערך של אלקטרודות דקות ויעילות, הדומה בגודלו לבול דואר. המערך קטן יותר ממערכים דומים, אך הוא מכיל  יותר אלקטרודות. האלקטרודות צפופות וקרובות זו לזו, באופן המאפשר זיהוי טוב יותר של תאי עצב נפרדים שסמוכים זה לזה. 

החוקרים השתילו באופן זמני את מערך האלקטרודות במוחם של אנשים שהסכימו להשתתף בניסוי ונאלצו לעבור ניתוח מוח מסיבות שאינן קשורות אליו – למשל טיפול בהפרעות תנועה או הסרת גידול סרטני. ניתוחי מוח כאלה נעשים כשהמטופל ער ובהכרה, כדי שהמנתחים יוכלו לדעת שהם לא גורמים נזק לרקמת המוח ולתאי עצב חיוניים. למזלנו, בשונה מאיברים אחרים, אין במוח קצות עצבים שחשים כאב, ולכן השתלה של אלקטרודות במוח לא מסבה כאב לנבדקים, גם בלי הרדמה. 

מערך האלקטרודות החדש (מימין) קטן יותר ממערכים קודמים (משמאל), אך הוא מכיל יותר אלקטרודות | Dan Vahaba/Duke University

החוקרים היו חייבים להיות יעילים מאוד: מהרגע שקיבלו את האות מצוות המנתחים, היה עליהם לבצע את כל הניסוי במשך לא יותר מ-15 דקות. בפרק הזמן הקצר הזה הם הספיקו להשתיל בעדינות את מערך האלקטרודות, לבצע ניסוי בהשתתפות הנבדקים ולהוציא את המערך ממוחם. אחד החוקרים דימה את התהליך להחלפת גלגל מהירה ומתוזמנת במהלך מרוץ מכוניות. 

במהלך הניסוי הנבדקים האזינו למילים חסרות משמעות וחזרו עליהן בקול רם. היות שלמילים לא הייתה משמעות, החוקרים ידעו שהם מודדים אצל הנבדקים רק את הגיית הצלילים, ולא את ההבנה של משמעות המילים. כשהנבדקים הגו את הצלילים, החוקרים הקליטו עם מערך האלקטרודות את פעולתם של תאי העצב האחראים על שרירי הדיבור. מאוחר יותר ניתחו את פעילות התאים, וכך יכלו לחזות את הצלילים שהנבדקים הגו בהתאם להפעלת השרירים שהכתיב המוח.

החוקרים הקליטו עם מערך האלקטרודות את פעולתם של תאי העצב האחראים על שרירי הדיבור. אחד החוקרים יושב ליד צג מחשב המראה את פעילות האלקטרודות השונות | Dan Vahaba/Duke University

איך ידעת שזה מה שרציתי לומר?

החיזוי שהתקבל לא היה מושלם. במקרה של חלק מהצלילים הוא היה יעיל ביותר מ-70 אחוז, אבל בממוצע הוא היה מוצלח רק בכ-40 אחוז מהמקרים. עם זאת, חשוב לזכור שמדובר בניסוי ראשוני שמטרתו היא לבחון טכנולוגיה חדשה, ושמשכו היה קצר במיוחד: מתוך 15 הדקות של הניסוי, הנבדקים הגו צלילים רק במשך דקה וחצי. לשם השוואה, ממשקים אחרים שמאפשרים את ההמרה של פעילות המוח לדיבור דורשים בדרך כלל שעות ואף ימים של הקלטות מוחיות, שבהן המחשב משתמש כדי ללמוד לחזות את הכוונה של הנבדק. 

לפי גרגורי קוגן, אחד החוקרים שהובילו את המחקר, הקבוצה עובדת כעת על ניסוי המשך שיכלול מערך אלקטרודות שאינו מחובר לכבל חשמלי, ויאפשר לנבדקים לנוע במרחב. יש לקוות שמערך האלקטרודות החדש יוכיח את עצמו, ושבעתיד אנשים שאיבדו את האפשרות לתקשר במילים יוכלו לדבר בלי שיידרשו להזיז שרירים. טכנולוגיה כזו תוכל לשפר את חייהם של משותקים ולסייע להם להפחית את הבידוד שכרוך בחוסר היכולת לתקשר.