Naukowcy opracowali urządzenie do noszenia umożliwiające komunikowanie się osobom z paraliżem twarzy. Sprawdzi też skuteczność leczenia

Stwardnienie zanikowe to choroba, która prowadzi do zaniku mięśni, także tych, które pozwalają mówić. Szacuje się, że nawet 75 proc. osób, u których zdiagnozowano ALS, będzie potrzebować jakiejś formy pomocy, aby skutecznie się komunikować. Naukowcy z MIT stworzyli niewidoczny czujnik dla chorych, który przymocowany do twarzy mierzy drobne ruchy, takie jak drganie lub uśmiech. W ten sposób pacjenci mogą przekazywać emocje.

Stwardnienie zanikowe boczne (ALS) to choroba, która prowadzi do zaniku mięśni, a w wielu przypadkach do paraliżu. Dotyczy to nie tylko dużych mięśni, które pomagają się poruszać, lecz także mięśni, które pozwalają mówić. Według ALS Association nawet 75 proc. osób, u których zdiagnozowano ALS, będzie potrzebować jakiejś formy pomocy, aby skutecznie się komunikować. Zwłaszcza że pacjenci mogą całkowicie stracić zdolność mówienia. Komunikację mogą umożliwić nowe technologie.

Zespół naukowców z Massachusetts Institute of Technology zaprojektował rewolucyjne, rozciągliwe, przypominające skórę urządzenie, które można przymocować do twarzy pacjenta i mierzyć drobne ruchy, takie jak drganie ust. Pacjenci mogą w ten sposób przekazywać różne uczucia za pomocą małych ruchów, które są interpretowane przez urządzenie.

– Ciągłe monitorowanie ruchów twarzy odgrywa kluczową rolę w komunikacji niewerbalnej u pacjentów z zaburzeniami nerwowo-mięśniowymi. Obecnie głównym podejściem jest śledzenie za pomocą kamer, co jest wyzwaniem w zakresie mobilności pacjentów – komentuje Takao Someya, profesor elektrotechniki i systemów informatycznych na Uniwersytecie w Tokio. – Badacze z powodzeniem opracowali cienkie, nadające się do noszenia, piezoelektryczne czujniki, które mogą niezawodnie odczytywać napięcie twarzy i przewidywać jej kinematykę. 

Naukowcy zainteresowali się pracą nad sposobami pomocy pacjentom z zaburzeniami nerwowo-mięśniowymi po spotkaniu ze Stephenem Hawkingiem w 2016 roku. Słynny astrofizyk komunikował się za pomocą czujnika podczerwieni, który wykrywał drgania policzka i w ten sposób przesuwał kursor po rzędach i kolumnach liter. Wymaga to jednak specjalistycznego sprzętu, na który większości chorych nie stać. Inni chorzy na ALS używają urządzeń, które mierzą aktywność elektryczną nerwów kontrolujących mięśnie twarzy. Choć pomaga to w komunikacji, to jest nieporęczne. Urządzenie opracowane przez MIT jest niewielkie, łatwo je zakamuflować makijażem i umożliwia komunikację w czasie rzeczywistym.

– Nasze urządzenia są nie tylko plastyczne, miękkie i lekkie, ale są również niewidoczne wizualnie – podkreśla Canan Dagdeviren, profesor ds. rozwoju kariery LG Electronics w MIT i lider zespołu badawczego. – Można je zakamuflować w taki sposób, żeby były zupełnie niewidoczne nawet na twarzy.

Nowe urządzenie składa się z czterech czujników piezoelektrycznych wykonanych z azotku glinu, które mogą wykryć mechaniczne odkształcenie skóry i przekształcić je w łatwo mierzalne napięcie elektryczne. Dzięki algorytmowi rozpoznaje uśmiech, zaciśnięte lub otwarte usta. Naukowcy przetestowali je na dwóch pacjentach z ALS i dzięki algorytmowi udało się uzyskać 75-proc. dokładność w rozróżnianiu różnych ruchów. Dla porównania, u zdrowych osób ten wskaźnik sięgnął 87 proc.

– Możemy tworzyć spersonalizowane komunikaty na podstawie ruchów, które pacjent wykonuje – przekonuje Canan Dagdeviren. – W zasadzie można tworzyć tysiące wiadomości, czego nie potrafi w tej chwili żadna inna technologia. Wszystko zależy od konfiguracji biblioteki, którą można zaprojektować dla konkretnego pacjenta lub grupy pacjentów.

Dotychczas chorzy na ALS używali do komunikowania się bankowości głosowej  do przechowywania głosu na komputerze w celu zastosowania go w urządzeniu generującym mowę, np. poprzez rejestrację szeregu zdań, gdzie poszczególne dźwięki są wykorzystywane do syntezy mowy. Aby się komunikować, mogą wskazywać obrazy i litery palcami lub w przypadku mniej mobilnych pacjentów za pomocą wskaźnika laserowego przymocowanego do głowy. Inną często wykorzystywaną technologią jest np. śledzenie wzroku. Specjalna kamera wykorzystuje źródło światła podczerwonego lub bliskiego podczerwieni i śledzi ruch oczu, umożliwiając pacjentom używanie ich jak myszy komputerowej.

Żadna jednak z tych technologii nie może być używana do śledzenia postępu choroby pacjenta lub do sprawdzania, czy leczenie przynosi jakikolwiek efekt. Urządzenie opracowane przez MIT pozwala natomiast mierzyć skuteczność terapii.

– Istnieje wiele badań klinicznych, które sprawdzają, czy dana terapia jest skuteczna w odwracaniu stwardnienia zanikowego bocznego – twierdzi Farita Tasnim, absolwentka MIT i jedna z autorek badania. – Zamiast polegać tylko na tym, że pacjenci zgłaszają, że czują się lepiej lub są silniejsi, to urządzenie może dostarczyć ilościowe badanie skuteczności leczenia.