Sie hat die Macht, das Publikum zu bezaubern, Liebhaber zu umwerben und Nachbarn zu verärgern, und sie ist verdammt empfindlich. Dinge? Sie haben es erraten, unsere Stimme. Der charakteristische Klang jedes Menschen entsteht, wenn Luft aus der Lunge die Stimmbänder, Muskelfalten im Kehlkopf, zum Vibrieren bringt. Nun, diese Stimmbänder können durch Stress, Infektionen oder Überbeanspruchung leicht beschädigt werden. Nicht nur Künstler laufen Gefahr, keine Stimme mehr zu haben: Laut einer bekannten zwanzigjährigen Studie leiden 30 % der Bevölkerung irgendwann in ihrem Leben an einer Stimmstörung. Doch nun könnte eine Gruppe von Bioingenieurforschern an der UCLA eine vielversprechende Lösung gefunden haben.
Ein Pflaster, das Muskeln liest und Sie ohne Stimme sprechen lässt
Die Studie wurde diese Woche in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht (Ich verlinke es hier). Das UCLA-Team stellte ein weiches Pflaster vor und testete es, das am Hals einer Person angebracht werden kann: Von dort aus erkennt es Muskelbewegungen und übersetzt sie mithilfe maschineller Lernalgorithmen, die die Signale verarbeiten, in hörbare Worte.
Obwohl es sich bei dem Gerät noch um einen frühen Prototypen handelt, hat es das Potenzial, eine erhebliche Verbesserung gegenüber aktuellen Alternativen zu bieten. Wenn eine Person heute keine Stimme mehr hat, besteht die einfachste Lösung darin, zur Kommunikation auf Tippen, SMS oder schriftliche Notizen zurückzugreifen. Aber wie er betont Juni Chen, dem Hauptautor der Studie, kann das Tippen langsam und umständlich sein. Das Schreiben lesbarer Notizen ist jedoch nur bei guter Beleuchtung möglich. Anspruchsvollere Lösungen wie Elektrolarynxe, externe Geräte, die an den Hals gehalten werden, um die zum Sprechen erforderlichen Vibrationen zu erzeugen, erfordern möglicherweise eine spezielle Schulung, und Operationen sind aufgrund ihrer Invasivität oft entmutigend. Ein Patch wäre theoretisch in der Lage, all diese Hindernisse zu überwinden.
Magnetische Nanopartikel: das Geheimnis des sprechenden Pflasters
Der Mechanismus hinter dem UCLA-Gerät? Es handelt sich um ein Prinzip, das als magnetoelastischer Effekt bekannt ist. Wenn magnetische Nanopartikel in weiche Materialien wie elastische oder Silikonpolymere eingebettet werden, können sich ihre magnetischen Eigenschaften ändern, wenn das Material gedehnt wird. Dies liegt daran, dass jede Verformung dazu führt, dass sich die Partikel relativ zueinander drehen oder bewegen, wodurch sich die Magnetisierung des Materials ändert.
Wenn sich die Halsmuskulatur unter dem Silikonpflaster bewegt, können die daraus resultierenden Veränderungen des Magnetfelds auch in elektrische Signale umgewandelt werden. In einem Test mit acht Teilnehmern erfassten die Forscher Signale, die auftraten, als die Probanden fünf verschiedene Sätze sprachen und lippensynchron synchronisierten (darunter: „Ich hoffe, Ihre Experimente laufen gut!“, „Frohe Weihnachten!“ und „Ich liebe dich!“). ). Anschließend trainierten sie ein maschinelles Lernmodell, um die unterschiedlichen Formen der mit jedem Satz verbundenen elektrischen Signale zu erkennen. Dieser Algorithmus konnte dann vorhersagen, welchen der fünf Sätze die Teilnehmer – sowohl laut als auch ohne Stimme – ausgesprochen hatten. mit einer Genauigkeit von mehr als 90 %.
Eine Hoffnung für Millionen stimmloser Menschen
Natürlich gibt es noch einen langen Weg vor uns: Derzeit kann das Gerät nur die fünf Sätze erkennen, auf die es trainiert wurde. Darüber hinaus führen individuelle Unterschiede in den Stimmlippen dazu, dass der Algorithmus derzeit für jeden Benutzer angepasst werden muss. Um es im großen Maßstab praktikabel zu machen, müssen Forscher noch viel mehr Daten sammeln, aber angesichts der Geschwindigkeit, mit der diese Technologien wachsen, sind die Aussichten spannend. Stellen Sie sich vor, was dieser Patch für die Millionen Menschen bedeuten könnte, die jedes Jahr aufgrund von Krankheit, Unfällen oder Operationen ihre Stimme verlieren. Oder für diejenigen, denen das Sprechen, aus welchen Gründen auch immer, schwerfällt oder unmöglich ist.
Mit diesem Gerät könnten sie die Fähigkeit wiedererlangen, auf natürliche und spontane Weise zu kommunizieren, ohne auf langsame und umständliche Methoden zurückgreifen zu müssen. Sie konnten sich wieder an Gesprächen beteiligen, Emotionen ausdrücken, Geschichten erzählen. Denn die Stimme ist nicht nur ein Kommunikationsmittel. Es ist ein integraler Bestandteil unserer Identität, unserer Persönlichkeit, unseres Seins. Der Verlust der Stimme bedeutet nicht nur den Verlust der Fähigkeit, Geräusche zu erzeugen, sondern auch den Verlust eines Teils von sich selbst. Aus diesem Grund ist ein solcher Patch nicht nur ein technisches Gadget, sondern ein Hoffnungsversprechen. Die Hoffnung, denjenigen etwas zurückzugeben, die nicht nur eine Stimme, sondern ein Stück Seele verloren haben.
