Ein neues, weiches und waschbares Halsband namens „Revoice“ nutzt hochempfindliche Sensoren und künstliche Intelligenz, um aus wenigen gesprochenen Wörtern vollständige, ausdrucksstarke Sätze für Schlaganfallpatienten zu formen. Forscher sagen, es könne die Selbstständigkeit von Menschen ohne invasive Hirnimplantate wiederherstellen.
Für viele Schlaganfallüberlebende ist der schwierigste Teil der Genesung, nicht zu wissen, was sie sagen sollen, sondern es nicht sagen zu können.
Ein neues tragbares Gerät namens Revoice will dies ändern, indem es wenige lautlos gesprochene Wörter in Echtzeit in vollständige, flüssige Sätze umwandelt – ganz ohne Tastatur, Bildschirm oder Hirnimplantat.
Die von Forschern unter der Leitung von Luigi Occhipinti, Forschungsprofessor für intelligente Elektronik, Biosysteme und KI an der Universität Cambridge, entwickelte weiche, flexible Halskrause soll Menschen mit Sprachstörungen nach einem Schlaganfall helfen, natürlicher und selbstständiger zu kommunizieren. In einer ersten Studie ermöglichte sie Schlaganfallpatienten, sich deutlich klarer auszudrücken, und führte zu einer erheblichen Steigerung ihrer Zufriedenheit mit ihrer Kommunikationsfähigkeit.
Das Gerät zielt auf Dysarthrie ab, eine häufige Folgeerscheinung eines Schlaganfalls, die die Gesichts-, Mund- und Stimmbandmuskulatur schwächt. Betroffene wissen oft genau, was sie sagen wollen, sprechen aber undeutlich, langsam oder in kurzen, abgehackten Sätzen.
„Wenn Menschen nach einem Schlaganfall an Dysarthrie leiden, kann das für sie extrem frustrierend sein, denn sie wissen genau, was sie sagen wollen, haben aber aufgrund der durch den Schlaganfall gestörten Signalübertragung zwischen Gehirn und Rachen große Schwierigkeiten, es auszusprechen“, erklärte Occhipinti in einer Pressemitteilung. „Diese Frustration kann tiefgreifend sein, nicht nur für die Patienten selbst, sondern auch für ihre Angehörigen und Betreuer.“
Heute arbeiten die meisten Schlaganfallpatienten mit Dysarthrie mit Logopäden an wiederholten Übungen, bei denen sie Wörter und kurze Sätze immer wieder üben. Diese Übungen können helfen, die Muskelkontrolle und die Sprachverständlichkeit über Monate oder sogar Jahre hinweg wiederherzustellen. Sie führen jedoch nicht immer zu einer flüssigen, alltäglichen Konversation.
„Patienten können die sich wiederholenden Übungen in der Regel nach etwas Übung durchführen, haben aber oft Schwierigkeiten mit offenen Fragen und alltäglichen Gesprächen“, fügte Occhipinti hinzu. „Und da viele Patienten ihre Sprache schließlich ganz oder größtenteils wiedererlangen, sind invasive Hirnimplantate nicht mehr notwendig. Es besteht jedoch ein dringender Bedarf an intuitiveren und mobileren Sprachlösungen.“
Revoice ist genau als solche Lösung konzipiert.
Das Gerät wird wie ein weiches Halsband getragen und enthält hochempfindliche Sensoren, die feinste Vibrationen der Halsmuskulatur sowie den Herzschlag des Trägers erfassen. Diese Signale sind für das bloße Auge nahezu unsichtbar und für andere unhörbar, liefern aber wertvolle Informationen darüber, was die Person ausdrücken möchte und wie sie sich fühlt.
Innerhalb des Systems arbeiten zwei Komponenten künstlicher Intelligenz zusammen. Ein KI-Agent rekonstruiert Wörter aus Fragmenten lautloser Lautsprache, indem er die Kehlkopfvibrationen als Orientierung nutzt. Der zweite KI-Agent interpretiert emotionale Signale aus der Herzfrequenz und anderen Kontextinformationen – wie Tageszeit oder Wetter –, um kurze Phrasen zu vollständigen, ausdrucksstarken Sätzen zu erweitern.
Um das Gerät praxistauglich zu halten, integrierte das Team ein ressourcenschonendes, großes Sprachmodell (LLM), das mit minimalem Stromverbrauch auskommt. Im Gegensatz zu den umfangreichen KI-Modellen, die in der Cloud laufen, ist diese kleinere Version für den Einsatz direkt auf dem Gerät oder in dessen Nähe konzipiert und unterstützt so die Echtzeitnutzung.
In einer kleinen Studie, die gemeinsam mit Kollegen in China durchgeführt wurde, testeten die Forscher Revoice an fünf Schlaganfallpatienten mit Dysarthrie und zehn gesunden Freiwilligen. Die Teilnehmer trugen das Halsband und formten lautlos kurze Sätze. Durch einfaches zweimaliges Nicken konnten sie auswählen, ob das System diese Sätze mithilfe des integrierten Sprachmodells zu vollständigen Sätzen erweitern sollte.
Ein Beispiel zeigt, wie das Gerät Sprachfragmente, Emotionen und Kontext kombiniert. Ein Nutzer formte mit den Lippen den Satz „Wir fahren ins Krankenhaus“. Basierend auf Kehlkopfvibrationen, erhöhtem Puls und der späten Stunde erweiterte das System den Satz zu dem natürlicheren Satz: „Obwohl es schon etwas spät ist, fühle ich mich immer noch unwohl. Können wir jetzt ins Krankenhaus fahren?“
In Tests mit Schlaganfallpatienten erzielte das System eine geringe Fehlerrate bei der Rekonstruktion von Wörtern und Sätzen. Dies deutet darauf hin, dass die KI die Aussagen der Nutzer zuverlässig interpretieren kann. Die Teilnehmer berichteten zudem von einer 55%igen Steigerung ihrer Zufriedenheit mit der Kommunikation – ein erstes Anzeichen dafür, dass die Technologie im Alltag einen bedeutenden Unterschied machen könnte.
Die Ergebnisse sind veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Communications.
Im Gegensatz zu vielen bestehenden Sprachassistenzsystemen erfordert Revoice weder das manuelle Eintippen einzelner Buchstaben noch das Verfolgen von Augenbewegungen über einen Bildschirm oder eine Operation zur Implantation ins Gehirn. Stattdessen soll es sich wie ein natürliches Gespräch anfühlen: Der Nutzer formt lautlos einige Wörter, das Halsband erfasst und interpretiert diese, und die KI ergänzt den Rest.
Das Gerät ist zudem komfortabel und praktisch. Es ist weich, flexibel und waschbar, sodass es sich nicht nur im klinischen Bereich, sondern auch den ganzen Tag über angenehm tragen lässt.
Obwohl die erste Studie klein war, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass der Ansatz vielversprechend sein könnte – nicht nur für Schlaganfallpatienten, sondern möglicherweise auch für Menschen mit anderen Sprachstörungen wie Parkinson oder ALS. Das Team unter der Leitung von Cambridge plant eine größere klinische Studie mit englischsprachigen Patienten mit Dysarthrie, um die Wirksamkeit des Systems im Alltag und über einen längeren Zeitraum zu testen.
Zukünftige Versionen von Revoice könnten mehrsprachige Unterstützung bieten, ein breiteres Spektrum an emotionalen Zuständen erkennen und als vollständig autarkes Gerät für den täglichen Gebrauch funktionieren, ohne an externe Hardware angeschlossen sein zu müssen.
Für Occhipinti und seine Kollegen geht das Ziel über die Technologie hinaus.
„Es geht darum, den Menschen ihre Unabhängigkeit zurückzugeben“, sagte er. „Kommunikation ist grundlegend für Würde und Genesung.“
Quelle: University of Cambridge