스탠포드 연구원들은 기록적인 속도로 생각을 텍스트로 번역할 수 있는 음성 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)를 개발하여 말을 할 수 없는 사람들이 여전히 쉽게 의사소통할 수 있는 미래에 우리를 더 가깝게 만들었다.
문제: "구어장애"는 사람이 말을 이해할 수 있고 말하고 싶은 것을 알고 있음에도 불구하고 말을 할 수 없는 파괴적인 상태이다. 일반적으로 뇌졸중과 같은 뇌 손상 또는 파킨슨병이나 ALS와 같은 신경 장애로 인해 발생한다.
구어장애가 있는 일부 사람들은 눈 추적 기술을 사용하여 글을 쓰거나 사용하지만 이 "말"은 평균 말하는 속도보다 훨씬 느리다. 완전 마비 또는 감금 증후군으로 인한 구어장애 환자는 눈을 움직일 수 없어 의사 소통할 방법이 없다.
생각을 텍스트로: 음성 BCI는 구어장애가 있는 사람들의 목소리를 되돌려줄 수 있는 잠재력이 있다.
이 장치는 사람의 뇌 활동(일반적으로 이식된 전극 어레이를 통해 포착됨)을 컴퓨터 명령으로 변환한다. 적절한 훈련을 받으면 사람의 생각을 화면의 텍스트로 번역할 수 있다.
과거 연구에서 연구원들은 사람들에게 가청 톤의 피치를 조정하거나 펜을 사용하여 개별 문자를 손으로 쓰는 것에 대해 생각하도록 요청하여 BCI를 훈련했다.
전신 마비가 된 사람은 톤 시스템을 사용하여 분당 한 글자만 선택할 수 있었던 반면, 팔다리 마비 환자는 필기 기반 BCI를 사용하여 분당 18단어의 속도로 글을 쓸 수 있어 세계 기록을 세웠다.
새로운 기능: 천천히 의사소통하는 능력은 전혀 없는 것보다 낫지만, 목표는 사람들이 장애가 없는 사람들이 말하는 속도(분당 약 160단어)에 최대한 가깝게 "대화"할 수 있는 음성 BCI를 개발하는 것이다.
스탠포드 연구원들이 인쇄 전 서버인 bioRXiv에서 공유한 초안 논문에 따르면 이제 우리는 그 목표에 한 걸음 더 가까워졌다.
그들은 ALS로 인해 더 이상 명료하게 말할 수 없는 사람이 개발 중인 음성 BCI를 사용하여 분당 62단어의 속도로 의사소통할 수 있었던 방법을 설명한다. 이는 이전 기록보다 3배 이상 빠른 것이다.
작동 방식: "대상 T12"로 알려진 연구 참여자에게 그녀의 손을 움직이거나 단어를 생성하기 위해 톤을 조정하는 것에 대해 생각하도록 요청하는 대신 스탠포드 연구원은 그녀에게 실제로 말을 해보라고 요청했다.
약 4개월 동안 이식된 전극은 여성이 컴퓨터 화면에 표시된 음소, 전체 단어 또는 전체 문장을 말하려고 시도하는 동안 여성의 뇌 활동을 기록했다. 이 교육은 일주일에 두 번 정도 2-4시간 세션으로 진행되었다.
뇌 신호와 단어를 연관시키는 훈련 데이터를 얻은 후 연구원들은 음성 BCI의 정확도를 높이기 위해 단어 예측 시스템을 구현했다. 컨텍스트에서 이전 항목을 따른다.
새로운 기록: 시스템을 테스트하기 위해 여성은 훈련 세트에 포함되지 않은 문장을 말하려고 시도했고 BCI는 분당 62단어의 평균 속도로 그녀의 말을 예측할 수 있었다.
50개의 단어 라이브러리를 사용하여 문장을 구성했을 때 오류율은 9.1%였다. 말하기 시도를 텍스트로 변환하도록 설계된 이전의 최첨단 BCI는 동일한 라이브러리에서 평균 오류율이 25%였으며 속도는 분당 18단어에 불과했다.
이 연구에 참여하지 않은 UC San Francisco의 BCI 연구원 Philip Sabes는 "이 논문의 성능은 이미 장치가 준비되어 있다면 말을 할 수 없는 많은 사람들이 원하는 수준에 도달했다."라고 말했다. "사람들은 이것을 원할 것이다."
큰 그림: 스탠포드의 음성 BCI 오류율은 125,000개의 단어 라이브러리를 사용하여 테스트 문장을 구성했을 때 훨씬 더 높았다(23.8%).
연구원들이 소프트웨어를 완벽하게 만들 수 있더라도 음성 BCI는 여전히 매우 실험적이며 극복해야 할 다른 문제가 있다. 시간이 지남에 따라 전통적인 전극 임플란트 주위에 흉터 조직이 형성되어 결국 쓸모 없게 된다.
그럼에도 불구하고 스탠포드 연구가 동료 검토를 통해 유지된다면 음성 BCI에 대한 주요 진전을 나타내며, 구어장애가 있는 사람들이 자신의 생각만을 사용하여 효과적으로 의사소통할 수 있는 미래에 더 가까이 다가갈 수 있다.
