Ein Team von Neurochirurgen und KI-Spezialisten an der University of California, San Francisco, hat einem Patienten, der nach einem Schlaganfall in seinen Zwanzigern die Sprachfähigkeit verloren hatte, erfolgreich die Sprache wiederhergestellt. Die Spezialisten entwickelten ein Gehirnimplantat, das es einem zweisprachigen Mann ermöglichte, sich ein Jahrzehnt nach seiner Lähmung erstmals in den beiden Sprachen, die er beherrscht, Spanisch und Englisch, auszudrücken, entsprechend seiner Präferenz.
Die Ergebnisse wurden letzte Woche in Nature Biomedical Engineering veröffentlicht. Sie zeigen, dass zuvor Gehirnsonden implantiert wurden, um elektromagnetische Wellen zu erfassen, die dann mittels maschineller Lernverfahren in Wörter übersetzt wurden. Die Besonderheit dieser Studie ist jedoch, dass zum ersten Mal das gleiche Ziel in zwei verschiedenen Sprachen gleichzeitig erreicht wurde: Englisch und Spanisch.
2019 erhielt der Patient, der zur Wahrung seiner Privatsphäre Pancho genannt wird, ein neuronales Implantat, bekannt als Gehirn-Computer-Schnittstelle, das es ermöglichte, seine Gehirnaktivität zu überwachen. Mit einer KI-Technik, bekannt als neuronales Netzwerk, konnten die Forscher Panchos Implantat darauf trainieren, Wörter zu entschlüsseln, basierend auf der Gehirnaktivität, die entstand, als er versuchte, sie auszusprechen.
Bis 2021 hatte diese Technologie wesentlich dazu beigetragen, Panchos Fähigkeit zur Kommunikation in Englisch, einer Sprache, die er im Erwachsenenalter erlernt hatte, wiederherzustellen, jedoch nicht in Spanisch, seiner Muttersprache.
Ein Schritt nach vorne: Zweisprachig
Nachdem entdeckt wurde, dass Pancho Gehirnaktivität in beiden Sprachen aufwies, nutzten die Wissenschaftler dies, um ein zweisprachiges Gehirnimplantat zu entwickeln, ohne separate sprachspezifische Dekodierungssysteme trainieren zu müssen. Ausschlaggebend war die Identifikation eines Gehirnsektors, der gemeinsame kortikale artikulatorische Repräsentationen aufzeigt, die auch nach einer Lähmung bestehen und die Dekodierung mehrerer Sprachen ermöglichen.
Die Forscher stellten fest, dass sowohl Englisch als auch Spanisch ähnliche Signale in diesem Bereich des Gehirns erzeugten. Diese Erkenntnis erlaubte es ihnen, das System so zu trainieren, dass es die Erkennung von Sätzen in Englisch beschleunigen konnte, während es gleichzeitig Spanisch erkannte, und umgekehrt.
Die Experten schulten das KI-System darauf, Wörter in Englisch und Spanisch zu erkennen, einschließlich solcher, die in beiden Sprachen gleich sind. Alexander Silva, Leiter der Studie, erklärte Nature gegenüber, dass das System während Panchos Versuchen, fast 200 Wörter auszusprechen, trainiert wurde. Die Anstrengungen, jedes Wort zu formen, erzeugten ein einzigartiges neuronales Muster, das von den Elektroden erfasst wurde.
Die Benutzeroberfläche war in der Lage, basierend auf dem ersten Wort mit einer Genauigkeit von 88 % zwischen Englisch und Spanisch zu unterscheiden und den korrekten Satz mit einer Genauigkeit von 75 % zu dekodieren. So konnte Pancho spontane Gespräche mit dem Forschungsteam führen. “Nachdem wir zum ersten Mal eine solche Zeile erstellt hatten, gab es einige Minuten, in denen wir einfach nur lächelten”, so Silva.
Experten äußern sich
“Diese neue Studie leistet einen wichtigen Beitrag zum aufkommenden Bereich der sprachrestaurativen Neuroprothetik”, erklärte Sergey Stavisky, ein Neurowissenschaftler an der University of California, Davis, der nicht an der Studie beteiligt war. Obwohl die Studie nur einen Teilnehmer hatte und noch viel Arbeit bevorsteht, “gibt es guten Grund zu der Annahme, dass diese Methode in der Zukunft präziser arbeiten wird, wenn sie mit anderen kürzlichen Fortschritten kombiniert wird”, ergänzte er.
Kenji Kansaku, ein Neurophysiologe an der Dokkyo Medical University in Mibu, Japan, der auch nicht an der Studie beteiligt war, merkte an, dass der nächste Schritt neben der Erweiterung der Teilnehmerzahl darin bestehen sollte, Sprachen mit sehr unterschiedlichen artikulatorischen Merkmalen als Englisch, wie Mandarin oder Japanisch, zu erforschen.
Bild: aydinozon
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