SENZACIONALNO OTKRIĆE RIJEČKIH NAUČNIKA: Za samo godinu dana razvili čitač misli koji analizira moždane signale pacijenta!

Riječki naučnici su pred završetkom pomagala za komunikaciju koje se zasniva na analizi moždanih signala pacijenta. Njihov »BCI komunikator« koji se sastoji od već postojećeg hardvera – modernog EEG uređaja i originalnog softvera koji analizira dobijeni EEG signal, namenjen je pacijentima sa tzv. »locked-in« sindromom koji zbog stepena invaliditeta nisu u stanju na bilo koji način komunicirati sa svojom okolinom

Riječki naučnici uspeli su, naime, za samo godinu dana da gotovo u potpunosti razviju pomagalo za komunikaciju koje se zasniva na analizi moždanih signala pacijenta. Ciljani sistem, tačnije »BCI komunikator«, koji se sastoji od već postojećeg hardvera – modernog EEG uređaja i originalnog softvera koji analizira dobijeni EEG signal, namenjen je pacijentima s tzv. »locked-in« sindromom koji zbog stupnja invaliditeta nisu u stanju svesno kontrolisati svoje telo, niti na bilo koji način komunicirati sa svojom okolinom.

Projekat je inicirao prof. dr. sc Miroslav Vrankić, trenutno najaktivniji hrvatski stručnjak na polju asistivnih tehnologija za osobe sa smetnjama u razvoju i invaliditetom, nakon što je upoznao Ivana, mladića iz Šibenika koji je zbog teške saobraćajne nesreće ostao »zaključan« u vlastitom tijelu. Zbog velike traume glave Ivan je ostao bez voljnih pokreta, u nemogućnosti kontrolisati svoje telo, govoriti, pa čak i pratiti pogledom. Vrankić, čiji najpoznatiji projekti uključuju sistem Servus za upravljanje kućom pomoću govora i Serwantess komunikator koji pacijentima obolelim od ALS-a omogućava komuniciranje pogledom, odlučio je naći način da Ivanu olakša život.

»Locked-in« sindrom

– »Locked-in« sindrom može biti posledica neke progresivne bolesti poput ALS-a, moždanog udara ili posledica povrede mozga usled nesrećnog slučaja. Za neke od ovih pacijenata teško je reći da li se uopšte nalaze u svesnom stanju jer ni na koji način ne mogu pokazati da su svesni i da razumeju šta osobe oko njih govore. Zbog toga se često postavlja i pogrešna dijagnoza da su ti pacijenti u stanju kome, odnosno tzv. »polu-kome«. U ovakvom stanju veliki je problem potpuna nepokretnost osobe, ali je daleko veći problem nemogućnost osobe da komunicira s okolinom. Osoba može, na primer, trpeti velike bolove, ali nema nikakav način da to saopšti njegovateljima. Ukoliko osoba može pomerati oči, onda je na taj način moguće uspostaviti komunikaciju. No ako osoba ne može ni to, onda su u toj situaciji trenutna tehnološka rešenja iz područja asistivne tehnologije potpuno neupotrebljiva, pojašnjava nam Vrankić zbog čega se tim odlučio na razvoj komunikatora baziranog na analizi moždanih signala pacijenta kao »idućeg« najlogičnijeg rešenja.

Asistivna tehnologija ili drugim rečima tehnologijske inovacije u službi pomoći osobama s invaliditetom već su nekoliko godina brend Tehničkog fakulteta u Rijeci gde ne samo da studenti mogu slušati istoimeni kolegij, već intenzivno i raditi na projektima poput raznih vrsta igara koje pomažu obolelima od neuromotornih bolesti ili pak softvera koji paralizovanim ljudima omogućava komunikaciju s računarom pomoću kamere i naočara.

Najambiciozniji projekat

Zamišljeni »čitač misli«, odnosno razvoj algoritma koji precizno tumači EEG signale dosad je ipak najambiciozniji »asistivni« projekat proizašao s ovog riječkog fakulteta.

U projektnom timu se pored Vrankića nalaze i predstavnik Zavoda za automatiku i elektroniku prof. dr. sc. Saša Vlahinić, doktoranti Guruprasad Madhale Jadav, Ivan Markovinović i Luka Batistić, te prof.dr.sc. Marijan Palmović s Edukacijsko-rehabilitacijskog fakulteta u Zagrebu.

Za razliku od nekolicine drugih timova u svetu koji trenutno razvijaju sličnu tehnologiju, riječki stručnjaci su odlučili izabrati teži, ali zato naknadno primenjiviji način, fokusiravši se na analizu EEG signala koji nastaju kao odgovor na zvučni podražaj, odnosno kao reakcije pacijenta na ono što mu se govori.

Da bi razvili željeni algoritam, naučnici su najpre morali raspoznati kroz koji se tip moždanih signala manifestiraju reakcije pacijenata na određeni tip glasovnih pitanja ili naredbi.

U te svrhe pacijentima su postavljali pitanja i potom nudili mogućnost »da« ili »ne« odgovora. Ukoliko se, pojašnjava nam dr Vrankić, pacijent fokusira na reč DA čim čuje pitanje, očekuje se da će se pojaviti izraženi uzorak unutar EEG signala kad osoba čuje reč DA. Sledeći korak bio je prelazak na pitanja koja kao odgovor dozvoljavaju više opcija. Naravno, precizno raspoznavanje EEG signala kao reakcija na ponuđeni odgovor bio je izuzetno komplikovan proces.

– Neinvazivno merenje moždanih signala može se poistovetiti s pokušajem preciznog snimanja pojedinih instrumenata unutar orkestra tokom koncerta u drugoj prostoriji s velike udaljenosti i kroz nekoliko zatvorenih vrata. Naime, ono što mere elektrode na površini glave je rezultat superpozicije velikog broja električnih signala koji nastaju u različitim delovima mozga, te različitih smetnji iz okoline i s tela pacijenta. Pored toga, ti signali su još jako oslabljeni zbog tkiva i kosti lobanje koji se nalaze između mozga i elektroda koje mere EEG signal, opisuje prof. Vrankić.

Bez obzira na zahtevnost realizacije, recentna testiranja timu su potvrdila da razvijeni softver uspešno raspoznaje pacijentove reakcije na »da« ili »ne« odgovor i funkcioniše čak i kod opcije višestrukih odgovora. To bi značilo da sada, lekar pacijenta može pitati »šta vas boli«? Softver zatim počinje nabrajati »glava«, »ruka«, »noga«, a potom uspešno raspoznaje pozitivnu pacijentovu reakciju na jedan od odgovora. Nekoliko uspešnih merenja napravljeno je i s mladim Šibenčaninom koji je inspirisao pokretanje projekta.

Testiranja

Riječki tim, međutim, i dalje je suzdržan u isticanju svog uspeha, naglašavajući da će sprovesti još testiranja pre nego službeno objave rezultate. Ipak, u realnosti, stručnjaci s Tehničkog fakulteta sa svojim ograničenim finansijskim sredstvima i skromnijom opremom nimalo ne zaostaju za nekolicinom najuspešnijih svetskih grupa koje neinvazivnom metodom – dakle bez ugrađivanja komplikovanih elektroda u telo, pokušavaju moždane signale precizno »pročitati« kao kognitivne reakcije na zvučno pitanje. Krajem januara ove godine, naučnici sa Univerziteta u nemačkom gradu Tübingenu objavili su u časopisu Plos Biology da su s uspehom »komunicirali« s četvoro pacijenata s »locked in« stanjem. I ovaj je tim zasnivao razvoj softvera za prepoznavanje na glasovnim pitanjima s potencijalnim odgovorima »da« ili »ne«, ali za merenje moždanih signala koristili su funkcionalnu infracrvenu spektroskopiju (fNIRS) koja meri promene u nivou kiseonika u krvi u mozgu. U njihovom radu je naglašeno da ova vrsta »komunikacije« dosad nije uspevala samo s EEG uređajima, a to je upravo ono što riječka ekipa pokušava usavršiti.

Saša Vlahinić pojašnjava da se tim namerno odlučio za jednostavnije instrumente kako bi metodu uspeli razviti na tehnologiji cenom dostupnoj korisnicima u zemlji i regionu. BCI komunikator prvenstveno bi bio namenjen bolnicama i specijalnim ustanovama koje rade s neurološkim pacijentima. Štaviše, ističe Vrankić, uređaj bi bio potreban u svakoj jedinici intenzivnog lečenja u koju ovakvi pacijenti dolaze, a trebao bi postojati i u domovima porodica koje pružaju kućnu negu ovakvim bolesnicima. Projekat »Komunikacija mislima za osobe s invaliditetom« realizuje se inače u sklopu Programa provere inovativnog koncepta (PoC) za naučnike i istraživače agencije HAMAG – BICRO.