科学家研发脑机新技能能将大年夜脑旗子暗记翻译成语音

近日，一项打破性的研究成果为那些因肌萎缩侧索硬化症（ALS，Amyotrophic Lateral Sclerosis）等疾病，而失落去措辞能力的患者带来了一线曙光。

美国加州大学戴维斯分校的研究团队开拓了一种新型脑机接口技能。
这项脑机接口技能的核心浸染在于，以 97% 的准确率把大脑旗子暗记“翻译”为语音，为措辞障碍患者供应了一种全新的互换办法。

近日，干系论文以《准确、快速校准的语音神经假体》（An Accurate and Rapidly Calibrating Speech Neuroprosthesis）为题揭橥在 The New England Journal of Medicine 上 [1]。

图丨干系论文（来源：The New England Journal of Medicine）

神经外科年夜夫大卫布兰德曼（David Brandman）对媒体表示：“我们的脑机接口技能帮助了一位瘫痪的男人与朋友、家人和通知人进行互换。
我们的论文展示了迄今为止最精确的措辞神经植入物。
”

这项技能的核心在于在大脑中植入传感器，以解读用户试图说话时产生的大脑旗子暗记。
这些旗子暗记随后被转换成文本，并由打算机读出来。

研究的紧张参与者是 45 岁的 ALS 患者凯西哈雷尔（Casey Harrell）。
当系统首次激活时，哈雷尔在几分钟之内就成功地表达出了自己的想法，这个激动民气的时候让哈雷尔和他的家人喜极而泣。

哈雷尔回顾自己利用这项技能的经历时，对媒体说：“无法互换是非常令人沮丧的，就像你被困住了一样。
这样的技能将帮助人们重新融入生活和社会。
”

这项研究是 BrainGate 临床试验的一部分，由美国布朗大学工程学院教授、卡尼脑科学研究所成员利霍克伯格（Leigh Hochberg）博士领导。

霍克伯格对该技能夸奖道：“凯西和其他的 BrainGate 参与者都是非常特殊的。
他们加入这些早期临床试验值得极大的赞誉。

他们这样做不是为了得到任何个人利益，而是为了帮助我们开拓一个能够为其他瘫痪患者规复互换和行动能力的系统。
”

图丨利用脑机接口设备的哈雷尔（来源：资料图）

2023 年 7 月，加州大学戴维斯康健中央的团队在哈雷尔的左侧中心前回植入了脑机接口设备，这个区域紧张卖力折衷措辞。

该设备由四个微电极阵列组成，共有 256 个电极，可以记录大脑活动并检测患者试图掌握肌肉和说话的意图。

研究职员阐明称：“我们正在记录大脑试图向肌肉发送这些命令的部分。
我们实在是在谛听这些信息，并将这些大脑活动模式转化为音素，如音节或语音单元，然后转化为他们试图说出的单词。
”

研究报告涵盖了 32 周内的 84 次数据网络实验。
在此期间，哈雷尔统共利用语音脑机接口进行了超过 248 小时的自主对话，通过面对面和视频谈天进行互换。

他在屏幕上能够看到解码后的单词，并用通过患病前的声音样本合成的语音读出来。

在首次会话中，该脑机接口系统在半小时内的单词准确率是 99.6%，其词汇量为 50 个单词。

在另一次将词汇量扩大到 12.5 万个单词的会话中，系统在利用额外 1.4 小时的演习数据后达到了 90.2% 的准确率。

经由持续的数据网络和演习，该脑机接口系统的准确率稳定在 97.5%，这比许多试图阐明人声的手机软件还要好。

研究职员认为，这项技能为那些想说话但无法说话的人带来了希望。

经由一年的利用，哈雷尔的表现也没有低落。
研究小组操持在未来几个月到几年内，将阵列植入到更多参与者的体内。

除了语音功能，研究团队还在不断改进和扩展这项技能的运用。
他们正在为哈雷尔的设备添加语调（腔调和节奏的变革）、唱歌能力等新功能。

哈雷尔已经能够利用这项技能发送文本到电脑上并撰写电子邮件，这种能力为他重新融入社会生活和事情供应了可能。

只管这项技能取得了巨大进展，但研究职员也认识到还存在一些寻衅。

目前，该系统还不是无线的，须要通过头部的两个接口和四台装有电脑的推车来传输数据，这限定了其便携性。
此外，这些接口须要小心照顾护士，以防传染。

值得一提的是，该方案与有名脑机接口公司 Neuralink 不同的是，后者以无线和微创著称。

另一个问题是，这项技能是否能同样有效地运用于措辞问题更严重或由其他缘故原由导致失落去措辞能力的患者身上，由于哈雷尔仍旧能够活动嘴巴并发出一些声音。

只管如此，这项研究的高精准度仍为那些失落去措辞能力的人带来了一线希望。
随着脑机接口技能的进一步发展和完善，我们可以期待在不久的将来，更多的人能够因此重新得到互换的能力。

参考资料：

1.Nicholas S. Card et al. An Accurate and Rapidly Calibrating Speech Neuroprosthesis. The New England Journal of Medicine 391:609-618 (2024). DOI:10.1056/NEJMoa2314132

https://www.scientificamerican.com/article/brain-to-speech-tech-good-enough-for-everyday-use-debuts-in-a-man-with-als/

https://www.brown.edu/news/2024-08-14/bci-speak-again

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