这种革命性的脑机接口让 ALS 患者能够再次“说话”

科学家们 加州大学 在将脑信号转换成口语的脑机接口 (BCI) 的开发方面迈出了突破性的一步。新技术的准确性令人惊叹：高达 97% 的单词都是正确的。

该系统是与 Casey Harrell 合作开发的，他是一名 45 岁的肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 患者，他的肌肉疾病严重限制了他的说话能力。 加州大学戴维斯分校健康 作为 BrainGate 临床试验的一部分，他被植入大脑中的传感器。在激活系统几分钟后，这名男子就能够与周围环境进行交流， 研究人员写道 本周贸易杂志 新英格兰医学杂志。

臭名昭著的肌肉疾病
ALS 又称卢格里格氏症，会影响控制全身运动的神经细胞。患者逐渐失去站立、行走和使用双手的能力。说话也变得越来越困难。最终，他们不再能够自主呼吸。

BCI 技术
这项新技术为因瘫痪或 ALS 等神经系统疾病而无法说话的人们带来了希望。该系统解码用户试图说话时头部产生的脑信号。这些信号被转换成文本，然后计算机大声读出信息。“我们的 BCI 技术帮助一名瘫痪男子与他的朋友、家人和护理人员交流，”加州大学神经外科医生 David Brandman 说。“我们的研究创造了人类历史上最精确的语音神经假体。”

皮质电极
2023 年 7 月，布兰德曼为哈雷尔植入了 BCI。他在大脑额叶中央前回（或前中央回）的左侧放置了四个微电极。这个大脑区域负责协调言语。这些电极旨在从 256 个皮质电极中获取大脑活动。“我们真正做的是倾听大脑，”神经科学家谢尔盖·斯塔维斯基解释说。“大脑试图向肌肉发出说话的命令。我们将大脑活动转化为音素——比如音节或其他语音——并最终转化为患者想要说的单词。”

训练更快，效果更好
要达到目前的技术水平，还有很长的路要走。之前用于实现通信的 BCI 尝试已被证明非常缓慢且容易失败。机器学习程序需要大量时间和数据才能正确解释大脑信号，但所有的工作都没有白费。“之前的语音 BCI 系统犯了很多错误，这使得用户很难理解，”布兰德曼说。“我们有一个明确的目标：开发一个系统，让人们可以在任何时候、当他们想说什么时，传达他们的信息。”

奇妙的设备
ALS 患者 Harrell 在各种场景中测试了该系统。该系统不仅能完美处理排练过的文本，还能处理即兴对话。解码后的单词几乎完美无缺地出现在屏幕上，令人惊讶的是，它的声音听起来就像 Harrell 在被诊断为 ALS 之前的声音。科学家们用他原声的音频片段训练了人工智能软件，从而能够重现他的声音。

惊人的准确
在第一次训练中，半小时内，该系统对 50 个单词的词汇量达到了 99.6% 的准确率。在随后的训练中，该系统对 125,000 个单词的词汇量进行了更大规模的训练，仅经过 80 分钟的训练，准确率就达到了 90.2%。在进一步收集数据后，准确率仍保持在 97.5%，这是一个惊人的结果。“现在，我们可以以大约 97% 的准确率解读凯西想要说的话，”布兰德曼自豪地说。“这项技术具有革命性，因为它给那些想说话却说不出话的人带来了希望。”

出狱
哈雷尔使用语音 BCI 七个月。研究总共包括 84 个数据会话，在此期间，他能够进行超过 248 小时的自我指导对话，包括面对面和视频聊天。“无法交流令人极度沮丧和沮丧。感觉就像被困住了一样，”哈雷尔说。“这样的技术可以帮助人们重新融入生活和社会。”这位 ALS 患者很高兴他有机会通过加州大学戴维斯分校使用这项技术，并重新获得了与家人和朋友交谈的能力。