Někdy se lidskému tělu prostě něco nepovede a pak nezbývá, než hledat pomoc u lékařů. Ani ti by však bez spolupráce se špičkovou technikou mnohdy pomoci nemohli.
Nadiktuj to počítači!
„Spusť televizi a přepni na ČT1“ Když tuto větu v budoucnu sami v místnosti řeknete, nebude to znamenat, že trpíte samomluvou. Pravděpodobně jste dali hlasový příkaz počítači.
Naše komunikace s počítači je poměrně nedokonalá. Pro běžné uživatele je přirozené ovládání programů pomocí myši, vyhledání některých funkcí programů je ale zdlouhavé. Zkuste nazpaměť říci, ve kterém menu Wordu najdete funkci Najdi a Zaměň? Zkušenější řeknou: „Přeci použiju klávesovou zkratku Ctrl + H.“ Klávesové zkratky ale do naší paměti přicházejí a zase z ní rychle odcházejí. Nebylo by jednodušší počítači říct: „Najdi a Zaměň!“?
Ovládání počítače hlasem vlastně není příliš složitá aplikace, Windows od verze XP ji mají pro angličtinu. Uživatel zde totiž na rozdíl od přepisu řeči do počítače vystačí s omezenou skupinou příkazů. U nás, v Laboratoři počítačového zpracování řeči při Fakultě mechatroniky Technické univerzity v Liberci, vznikl program MyVoice, který českým uživatelům a nejen těm tělesně postiženým zprostředkuje úplné ovládání počítače pomocí hlasu.
Můj Hlas místo myši
MyVoice je aplikace, která se plně integruje do operačního systému. Pokud ji přidáte do programu po spuštění (a dokonce i to lze učinit hlasovými příkazy), je po každém startu počítač připraven řídit se vašimi příkazy přicházejícími z běžné náhlavní soupravy s mikrofonem. Pomocí MyVoice lze provádět všechny běžné operace: pohybovat se ve složkách a spouštět aplikace, editovat texty, psát e-maily, „brouzdat“ na internetu. A s hardwarovým vybavením také ovládat televizní tuner a telefonovat. Jak je to možné?
Program se spustí v samostatném okně, kde jsou zobrazeny základní skupiny příkazů, které vidíte na obrázku. V podskupinách jsou příkazy pro ovládání konkrétní oblasti, tedy např. skupina Klávesnice obsahuje příkazy pro všechna písmena (je možné je zadávat hláskováním i prostřednictvím jmen s odpovídajícím počátečním písmenem), skupina Okno obsahuje všechny příkazy pro práci s okny, skupina Myš přirozeně příkazy pro pohyb. Jsou rozčleněny na různě dlouhé skoky a práci s tlačítky. Uživatel si v programu pro oblíbené aplikace či úkony může definovat vlastní příkazy, například příkazy pro naladění jednotlivých rozhlasových stanic. Ale nutné to není, okamžitě po instalaci je totiž program připraven pro používání. Stačí určit, zda bude mluvit mužský či ženský hlas.
Bez klávesnice na web
Jak vypadá konkrétní úkol: spustíme Internet Explorer a vyhledáme webovou stránku? Sled příkazů zní: „Probuď se, Spusť aplikaci, Internet, Adresa, Dva, Jedna, Es (z lišty se vysune již dříve používaná adresa www.21stoleti.cz, samozřejmě je možné ji vyhláskovat), Dolu [adresa se označí), Vezmi (odpovídá příkazu Enter), 9. odkaz (přejde na 9. odkaz na stránce, je to vstup do rubriky Technika), Vezmi (počítač otevře články o technice). Postup není zdlouhavý, jak by se mohlo zdát, navíc lidé, kteří nemohou hýbat rukama, mají obvykle větší trpělivost… Nejdéle trvají operace s kurzorem (posunování šipky po určitých úsecích, „doprava 100 bodů“ apod.).
Při psaní a editaci textů je možné diktovat text po hláskách, po slovech či celých připravených frázích. I veškeré úpravy – mazání slov a jejich označování, změny stylu či velikosti – je možné provádět hlasově. MyVoice je unikátní jednak rozpoznáváním hlasu, ale především propracovanou strukturou příkazů, díky níž je možné provést opravdu každou operaci. Systém je velmi flexibilní, uživatel jej může naučit nové příkazy a dokonce celou sekvenci příkazů.
Řeč a počítač
Problematiku počítačového zpracování řeči můžeme rozdělit na rozeznávání řeči a syntézu hlasu (řeč reprodukovaná počítačem). Cílem obou oborů jsou systémy, které slučují obé, tedy „mluví i poslouchají“. Hlásky jsou v programech navzorkovány – v pravidelných intervalech je analogový signál digitalizován, kvalitní výsledky poskytují vzorkování 16 kHz (16 tisíc vzorků za vteřinu). Rozpoznávání jednotlivých hlásek není problém, ale pro dobré výsledky rozpoznávání slov musí mít program dostatečně velký slovník. To se stává problémem u češtiny, která kvůli své ohebnosti potřebuje milion vzorků (angličtině stačí 50 000).
Přepis mluvených pořadů
Liberecká Laboratoř vyvíjí kromě jiných program pro přepis mluvených pořadů do textové podoby. Je sice stále ve fázi vývoje, ale už teď má výborné výsledky. Pracuje se slovníkem 300 000 slov, přepis 10minutového pořadu trvá 50 minut s úspěšností 80%. Pokud má mluvčího v databázi, dokáže jej za dobrých zvukových podmínek i identifikovat. Tato aplikace bude moci přepisovat pořady pro neslyšící v úplném znění, ale zdaleka nejen to: najde bezesporu uplatnění ve školách i na soudech.
Ovládejte počítač očima!
I4Control je původní český vynález, pomocí něhož můžete ovládat počítač pouhým pohybem očí. Obyčejné brýle bez skel s malou kamerou otevřou postiženým bránu do světa. A nejen jim.
I4Control je v podstatě myš – také jej jako obyčejnou myš můžete do každého počítače připojit, to je velká výhoda. Obyčejná černobílá CCD kamera systému PAL s nízkým rozlišením (208×156 bodů) sleduje pohyb zornice. Při prvním použití přístroje se kamera musí nejprve nakalibrovat – uživatel se dívá do středu monitoru a stiskne tlačítko na řídícím modulu. Tím se vytvoří obdélník klidové polohy. Pokud je oko v této středové poloze, nic se neděje. Až při vybočení zornice z jeho rámce vyšle modul pokyn pro pohyb kurzoru příslušným směrem. Běžné počítačové kliknutí se zde změnilo na mrknutí. Jedním delším mrknutím provedete klik, dvakrát tak dlouhým mrknutím, už spíš zavřením oka, provedete dvojklik. Kamera je umístěna na obroučce brýlí, můžete proto hýbat hlavou, jak chcete.
Jiné systémy pro sledování zornic jsou umístěny na monitoru, uživatel musí mít hlavu v určitém vymezeném prostoru. A taky to takové systémy dost prodražuje.
Mrkněte si na Explorer!
Nasadil jsem si brýle a nakalibroval. První tahy „myší“ byly nejisté, ale po chvilce jsem pochopil, jak očima hýbat. Pak jsem zkoušel spouštět programy, po troše úsilí se začalo dařit i to. Hendikepovaní se zařízení naučí ovládat takřka okamžitě: jsou na různé kompenzační pomůcky zvyklí.
Jak nápad vznikl?
„Četla jsem kdesi článek o tom, že oční pohyby ovládají tři svaly a ty nebývají ani při úplném ochrnutí zasaženy. Dnes vím že to není zcela pravda, ale 99 procent hendikepovaných s pohybem očí problémy nemá“, prozradila 21. STOLETÍ inženýrka Marcela Fejtová z Gerstnerovy laboratoře, zřízené při katedře kybernetiky ČVUT v Praze, která spolu se svým bratrem stála u zrodu nápadu.
Hlavní kritériem při vývoji byla cena, aby postižení nemuseli platit horentní sumy. Systémy pro určení polohy očí již existují, je to poměrně stará záležitost, které se věnuje dokonce vědní obor videookulografie. Například v padesátých letech se takový primitivní systém používal při konstruování letadel. Pilotům kápli do oka reflexní barvu, aby byla zornice dobře viditelná. Pak pilota filmovali a sledovali, na jaké místo palubní desky se dívá a tam pak konstruktéři umístili nejdůležitější měřící přístroje. Dnes existují sofistikované systémy s několika kamerami a vysokou přesností. Stojí ovšem statisíce a zaberou půlku místnosti.
„Naše kamera je připnutá na obyčejných brýlových obroučkách, při výrobě prototypu jsme se vešli do deseti tisíc a při sériové výrobě by cena mohla být ještě nižší“, doplnila Marcela Fejtová.
Pomoc dětem
Možností využití je mnoho. I4Control může pomoci při léčbě šilhání, významná je pomoc při diagnostikování dyslexie, poruchy čtení. Dnes se na ní přijde až v době, kdy se děti učí číst – čtou pomalu, zadrhávají.
„My to umíme zjistit ještě v předškolním věku. Díky tomu dítěti ušetříme několik krušných let. Učitelé k němu budou hned od začátku přistupovat jako k dyslektikovi“, řekla autorka vynálezu.
Při práci s dyslektickým dítětem tak bude možné snadno sledovat pokroky a zlepšení. Ale možných využití jsou stovky.
Kam sahají možnosti?
Přístroj bude možné použít i pro lidi s omezenou hybností očí. Autoři například vyzkoušeli použití u postižené, která mohla hýbat očima jen nahoru a dolu. Modul vylepšili přepínačem pro vertikální a horizontální pohyb. Uživatel najde očima nejprve horizontální polohu kurzoru a poté vertikální, pak klikne. Jistě, je to velmi pomalé, ale pro lidi, kteří se nemohou vůbec hýbat, je i omezený přístup k informacím velmi důležitý. Každý operační systém včetně Windows je dnes vybaven virtuální klávesnicí, myší na monitoru naklikáte krátký text… „a přesně tak naše testerka psala internetové adresy. Musíme si uvědomit, že z jejího úhlu pohledu je to úžasný výkon!“ usmívá se Marcela Fejtová.
Složitějším cílem je rozšíření kamery o inframód. Původně bezpečnostní kamera totiž umí snímat v i infračervené oblasti spektra. Pokud na brýle přidáme infračervenou diodu a oko osvětlíme, bude možné přístroj používat i za špatných světelných podmínek. Současný model totiž potřebuje docela dobré světlení.
A pokud použijeme úplně jinou kameru s vysokým rozlišením, může se I4Control začít používat v průmyslu. Uplatní se všude tam, kde pracovník nemá volné ruce na ovládání přístroje. Zvýší se tím sice cena přístroje, ale v tomto případě to nevadí. Vysoké rozlišení umožní ovládat kurzor přímo – kam se člověk na monitoru podívá, tam se kurzor přesune.
Noha plná elektroniky
Biologie ve spojení s počítači dnes dokáže v oblasti plně funkčních náhrad končetin hotové zázraky. Použitá nejmodernější technologie využívá i zkušenosti z automobilového průmyslu.
Vývoj moderních náhrad končetin směřuje k důležitému cíli: protézy musí reagovat na podněty pacientova těla, přizpůsobit se přirozenému pohybu člověka a zcela tak nahradit funkci jeho svalů. Takové náhrady je možné vyrábět díky nejnovějším objevům bioniky.
Učenlivá noha
Islandská firma Össur, která se zabývá výrobou bionických protéz, dosáhla velmi zajímavých výsledků. Jejím první počin je „Rheo Knee“ (knee = koleno), náhrada určená pro pacienty po amputaci nohy ve stehně. Jak funguje?
Protéza reaguje na pohyby těla v reálném čase, a nejen to. Zásadní je, aby se inteligentní přístroj „naučil“ způsobu chůze konkrétního člověka. Od prvního kroku proto software protézy srovnává maximální úhly a mechanický odpor při ohýbání umělého kolena s hodnotami, které jsou v programu uloženy jako typické. Ty jsou poté doplněny o hodnoty zdvihu paty, který závisí na rychlostí chůze. Tím se přesně vymezí natažení a pokrčení kolena a náhrada se tak od prvních kroků automaticky přizpůsobuje „svému člověku“.
Tlumiče?
Nejdůležitější součástí mechanismu je takzvaná magnetorheologická regulace (řecké slovo „rheo“ znamená „téci“), při níž působením magnetického pole mění kapaliny svou viskozitu (vnitřní tření tekutiny). Takové kapaliny používá například automobilka Audi v tlumičích pérování svých vozů.
Na základě získaných dat mikroprocesor okamžitě upraví indukční odpor – k jeho změně může dojít až 1000krát za vteřinu. Zvýšení magnetického pole vyvolá řetězení částeček kovu v kapalině a tím stoupne mechanický odpor disků, které tvoří koleno. Může to jít až tak daleko, že částečky při maximálním poli vytvoří souvislé řetězce a koleno tak zcela „ztuhne“. Laboratoře ověřily, že kapalina zůstává funkční i po 3,8 milionu cyklů.
Zvolte si krok!
Mikroprocesor musí být stále na stráži, aby neodcházelo k chybnému vyhodnocení pohybu a nezamýšlenému uvolnění postoje, jinak řečeno povolení kolene. Program proto před každým krokem poměrně složitě zvažuje, zda může kloub uvolnit. Komfort nošení jde velmi daleko: uživatel si totiž může vypočítané algoritmy ještě manuálně podle svého doladit. Slouží k tomu program, který běží na osobním digitálním asistentu (konkrétně na Pocket PC iPaq). Kapesní počítač si z protézy stáhne data a po jejich úpravě je zase nahraje zpět.
Nová generace
V klinickém testování je nyní nová generace náhrady nazvána „Power Knee“. Zde je kromě nového typu senzorů použito elektromechanických součástí, které částmi protézy pohybují. Znamená to, že tato náhrada již není pasivní (nepřizpůsobuje se pouze pohybům nositele), ale dokáže přímo simulovat svalovou činnost. Pro (bývalé) pacienty pak není žádným problémem chůze po nakloněné rovině, stoupání do schodů a dokonce ani běh.
Co je bionika?
Slovo „bionika“ je spojením slov BIOlogie a elektroNIKA. Studuje stavbu živých organismů a vývojové zásady biologických systémů. Jejím cílem je přitom využít tyto poznatky při řešení technických a technologických problémů. Slovo je staré 40 roků, definice tohoto oboru je však mnohem mladší. Jeho předmětem jsou biologické systémy od molekulární a buněčné úrovně až po celé organismy a populace. Například studium stavby těla delfína pomohlo konstruktérům lodí při konstrukci nových lodních trupů.
Jak se léčí hlemýžď?
Drobná součást vnitřního ucha, hlemýžď, nám zprostředkovává všechny zvukové informace o okolním světě. Když nefunguje, je to zlé – pro dítě, pro dospělého a nejvíc pro novorozence. Naštěstí jim už moderní věda umí pomoci implantátem.
Co když právě vy?
Podle statistik se v Česku tři děti z 1000 narodí s postižením sluchu, jedno pak s velmi těžkým postižením. Pokud byste se v takové situaci ocitli, znamená to, že od útlého dětství budete trpět informační deprivací, svět kolem vás zůstane tichý a vy s lidmi kolem budete moci komunikovat gesty, znakovou řečí, kterou většina lidí neovládá. Váš přístup ke vzdělání bude komplikovaný a možnosti na trhu práce velmi omezené. Tomu všemu lze v mnoha případech zabránit. Nefunguje-li vám správně vaše sluchové ústrojí, je s největší pravděpodobností postižena kochlea, hlemýžď. Dnes umíme jeho funkci částečně nahradit kochleárním implantátem.
Cesta do hlemýždě
Vláskové buňky Cortiho orgánu jsou zodpovědné za převod mechanické energie zvuku na nerv. Nefungují-li, musíme nějak suplovat jejich funkci, tj. buňkám sluchového nervu dodávat elektrické signály přímo. A přesně tak fungují kochleární implantáty. Chirug odkryje oválné okénko ve spánkové kosti (nebo vytvoří vstup do hlemýždě) a opatrně zasune svazek elektrod do hlemýždě. V jednom ze systémů je ve svazku zasunut drátek („stylet“), který se během zavádění elektrod začne vytahovat. Tím se uvolní konec elektrod, který má tvarovou paměť podle ideální polohy v hlemýždi, a přiloží se tak do blízkosti nervových buněk. Poté se vodič vedoucí k elektrodám upevní v krajině oválného okénka. Ve středoušní dutině se ponechá vodičům vůle, aby se při růstu hlavy elektrody z hlemýždě nevytáhly. Svazek elektrod vychází z malého „počítače“ umístěného pod neporušenou kůží za uchem – veškeré informace i energie se do něho dostávají zvnějšku.
Magnet v hlavě
Vnitřní část implantátu je totiž s vnějším řečovým procesorem, s elektronikou, která zvuk zpracovává, spojen bezdrátově pomocí elektromagnetické indukce. Řečový procesor se směrovým mikrofonem má majitel implantátu ukryt za uchem a vede od něj kablík napojený na vysílací cívku (smyčku). Podobnou cívku má i přijímač/vysílač implantátu. Pomocí indukce se implantát z řečového procesoru i napájí a předávají se pokyny elektrodám, přičemž obě cívky proti sobě drží drobné magnety. Člověk s implantátem není nijak omezován, může sportovat a dokonce se i koupat. Pokud se rozhodnete jít do vody, magneticky přichycená cívka se jednoduše odejme.
Jak fungují elektrody?
Elektrody zasunuté v hlemýždi jsou pro probuzení implantátu klíčové, přičemž podstatnou řídící úlohu hraje řečový procesor. V různých typech implantátů najdeme všeliké elektrody, ale obecně platí, že pracovat musí dvě elektrody proti sobě. Například implantát Nucleus 24 má na svazku v hlemýždi 22 elektrod, dvacátá třetí je umístěna samostatně ve spánkové kosti a dvacátá čtvrtá v samotném implantátu. Při přenášení zvuků, přeměněných ve slabé elektrické impulsy, se elektrody zapojují v různých místech v rychlých sekvencích za sebou. Tak se simuluje činnost vláskových buněk v různých částech hlemýždě, které ve zdravém uchu odpovídají různým frekvencím zvuku.
Nastavení řečového procesoru je individuální pro každého pacienta. Je vypracována celá řada variant, ze kterých si majitel implantátu vybírá tu, s níž si nejlépe rozumí.
Čím dříve, tím lépe
V současnosti dokáží lékaři pomoci velké části neslyšících dětí, které se narodí s poruchou nebo poškozením vláskových buněk. Otázkou je, zda je dokážeme včas najít a diagnostikovat. Lidský mozek je totiž schopen naučit se slyšet zhruba do 6 let věku, poté kvůli plasticitě mozku člověk tuto schopnost ztrácí. Za nejvhodnější dobu pro implantaci se tak pokládá období před 2. rokem věku.
Zatím u nás ke škodě našich dětí neexistuje vyšetření sluchu všech novorozenců, takže nedokážeme poruchu sluchu zjistit dostatečně brzo u všech postižených dětí. Proto na ni až teprve později přijdou rodiče nebo lékař. (Mimochodem celoplošné vyšetřování pediatry v 9. měsíci je mnohem dražší a méně efektivní.) Každý měsíc je však velkou ztrátou. I u dětí s jen velmi malými zbytky sluchu má totiž smysl sluchové nervy stimulovat silnými sluchadly, zabránit komunikační deprivaci a především vymírání nervových buněk v hlemýždi. Pokud se v takovém případě později rozhodne o zavedení implantátu, jsou sluchové nervy stále „v provozu“ a šance na výborné výsledky jsou vysoké.
Jak neslyšící slyší?
Zprávy o kvalitě zvuku s kochleárním implantátem máme od lidí, kteří ztratili sluch postlingválně, tedy ve chvíli, když již mluvili a slyšeli. První pocity jsou hodně rozdílné, jistý Slovák na první otázku „Ako slyšíš?“ briskně odpověděl: „Celkom normálně.“ Jiní pacienti byli z prvních zvuků zklamáni. U dospělých i dětí totiž velmi záleží na následné rehabilitaci. Dobře zacvičený člověk rozumí 80% vět bez vizuální pomoci (bez odezírání), asi 30 % z nich je schopno telefonovat, dokonce i vnímat hudbu. Bývalí neslyšící jsou schopni jmenovat své oblíbené hudební žánry, vnímání rytmu jim nečiní problémy. Někteří pacienti si zpočátku stěžují na praskání, bublání, hlasy lidí se jim zdají kvákavé. Postupem doby si ale mozek začne na tento typ stimulace zvykat a lidé jsou schopni i rozlišovat známé osoby podle hlasu. Děti postižené prelingvální hluchotou nemají s čím srovnávat a jejich cesta za získáním slova a řeči je proto nesrovnatelně těžší, než pro toho, kdo již někdy slyšel.
Jak funguje ucho?
Chceme-li pochopit fungování implantátu, musíme nejprve vědět, jak funguje zdravé ucho. Zvuk do něj vstupuje zevním zvukovodem, který je ukončen bubínkem. Od bubínku je zvuk přenášen přes tři sluchové kůstky (kladívko, kovadlinku, třmínek) oválným okénkem kostěného labyrintu do vnitřního ucha. Pro sluch je jeho nejdůležitější součástí dva a půlkrát zatočený hlemýžď. V něm se zvuková vlna šíří tekutinou a způsobuje vychýlení membrány blanitého hlemýždě, který tvoří trojúhelníkovitou přepážku uvnitř labyrintu kostěného. Mechanické vlastnosti tohoto dokonalého systému umožňují rozlišování různé výšky tónu. Vysoké tóny vnímáme v základním závitu, hluboké pak při vrcholu hlemýždě. K přeměně zvuků na podráždění nervových vláken dochází v tzv. Cortiho orgánu, který je uložen na membráně. Tvoří ho soubor tisíců vláskových buněk. Na ně se zaměříme.
Vláskové buňky zprostředkovávají změnu mechanické energie zvukových vln na elektrický potenciál vláken sluchového nervu. V hlemýždi, který je už po narození plně vyvinut a do konce života se nemění, najdeme asi tři a půl tisíce řad vláskových buněk, od nich vychází svazek sluchového nervu tvořený asi 35 000 nervovými vlákny. Sluchové nervy pravého a levého ucha se ještě navzájem kříží a do sluchového centra přichází na 350 000 vláken. Celý tento systém „kabelů“ je vám k ničemu, pokud vláskové buňky nefungují. Tzv. percepční nedoslýchavost totiž v současné době nelze vyléčit.
Plasticita mozku
Plasticita mozku je velmi důležitá vlastnost – mozek umí obsazovat své nevyužité části jinými činnostmi, než pro které byly původně určeny. Víme například, že neslyšící nevidomí, kteří využívající kochleární implantát, během rehabilitace zapojují pro sluch i oblast zrakového centra mozku. Na druhou stranu v důsledku plasticity mozku vrozeně neslyšící děti ztrácí postupem času možnost naučit se slyšet a dobře se sžít s implantátem. Sluchové nervy musejí být stimulovány co možná nejdříve.
Jak probíhá vyšetření
Vyšetření, které může výrazně pomoci, ověřuje činnost vláskových buněk. Provádí se pomocí takzvaných otoakustických emisí, kdy do ucha novorozence je zavedena sonda, která vysílá zvuky určité frekvence. Sonda je poté schopna zaznamenat jinak neslyšné následné rázy, vyvolané smršťováním vláskových buněk. Vyšetření je rychlé, neinvazivní a provést se může už krátce po narození. Pokud je zaznamenána odpověď, je téměř jisté, že sluch je v pořádku. Pacientů s funkčními vláskovými buňkami, ale poškozenou sluchovou drahou je totiž extrémně málo.
Prevence v USA
Srovnávání s cizími zeměmi je vždy ošemetné, ale přesto… Příklad Spojených států ukazuje, jak daleko je možné s prevencí sluchového postižení dojít. V roce 2002 začal být ve 36 státech uplatňován program UNHS (Universal neonalat hearing screening), vyšetřeno bylo 87% novorozenců. U jednoho z 650 dětí bylo zjištěno poškození sluchu a úžasný je především průměrný věk diagnostikování této poruchy, 2,1 měsíce věku.
Za spolupráci děkujme doc. MUDr. Kabelkovi, přednostovi ORL kliniky UK, 2. LF a FN v pražském Motole
