近日發(fā)表在《自然》雜志上的兩項(xiàng)獨(dú)立研究表明，未來(lái)，腦機(jī)接口（BCI）可以幫助因嚴(yán)重癱瘓而無(wú)法說(shuō)話的人恢復(fù)溝通。在這兩項(xiàng)研究中，研究人員都使用了可以接收大腦信號(hào)的大腦植入物，然后使用算法將這些信號(hào)翻譯成屏幕上的句子。雖然這不是一個(gè)新概念，但令人興奮的是，兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)都能夠比現(xiàn)有技術(shù)更快、更準(zhǔn)確地做到這一點(diǎn)。

在斯坦福大學(xué)的這項(xiàng)研究中，研究人員在一名肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）患者的大腦中植入了與言語(yǔ)相關(guān)的兩個(gè)區(qū)域的電極。腦機(jī)接口設(shè)計(jì)用于檢測(cè)患者試圖說(shuō)話時(shí)的大腦活動(dòng)。然后，這些信號(hào)被輸入一種算法，該算法將某些大腦活動(dòng)模式與構(gòu)成語(yǔ)音的音素聯(lián)系起來(lái)。為了訓(xùn)練算法，研究人員讓患者嘗試在25個(gè)會(huì)話中說(shuō)出或默念樣本句子，每個(gè)會(huì)話大約持續(xù)4個(gè)小時(shí)。

在加州大學(xué)舊金山分校和加州大學(xué)伯克利分校的研究中，研究人員通過(guò)手術(shù)將一張含有253個(gè)電極的紙張放在一名因腦干中風(fēng)而嚴(yán)重癱瘓的人的大腦上。與斯坦福大學(xué)的研究一樣，研究人員讓患者通過(guò)嘗試說(shuō)話來(lái)訓(xùn)練算法，以便識(shí)別哪些大腦信號(hào)與不同的音素有關(guān)。然后，這些信號(hào)被轉(zhuǎn)換成面部表情，并在數(shù)字化身上調(diào)制語(yǔ)音。

雖然這些研究使用了略有不同的方法，但結(jié)果在準(zhǔn)確性和速度方面是相似的。斯坦福大學(xué)的這項(xiàng)研究在限制在50個(gè)單詞的詞匯表中的錯(cuò)誤率為9.1%，在擴(kuò)展到125000個(gè)單詞的單詞表中的出錯(cuò)率為23.8%。大約四個(gè)月后，斯坦福算法可以以每分鐘68個(gè)單詞的速度將大腦信號(hào)轉(zhuǎn)換為單詞。加州大學(xué)舊金山分校和伯克利分校的算法能夠以78wpm的中位速率解碼。119個(gè)單詞的詞匯的錯(cuò)誤率為8.2%，1024個(gè)單詞的單詞的錯(cuò)誤率約為25%。

盡管23%至25%的錯(cuò)誤率對(duì)于日常使用來(lái)說(shuō)還不夠好，但與現(xiàn)有技術(shù)相比，這是一個(gè)顯著的進(jìn)步。在一次新聞發(fā)布會(huì)上，加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)外科系主任、加州大學(xué)舊金山學(xué)院研究報(bào)告的合著者Edward Chang指出，與自然語(yǔ)音的150至250wpm相比，現(xiàn)有技術(shù)的有效溝通率在5至15wpm是“費(fèi)力的”。

Chang在新聞發(fā)布會(huì)上說(shuō)：“每分鐘60到70wpm對(duì)我們這個(gè)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)是一個(gè)真正的里程碑，因?yàn)樗鼇?lái)自?xún)蓚€(gè)不同的中心和兩種不同的方法。”

也就是說(shuō)，這些研究更多的是概念的證明，而不是為黃金時(shí)段做好準(zhǔn)備的技術(shù)。一個(gè)潛在的問(wèn)題是，這些治療需要長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練來(lái)訓(xùn)練算法。然而，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究人員在一次簡(jiǎn)報(bào)會(huì)上告訴媒體，他們希望未來(lái)算法訓(xùn)練的強(qiáng)度會(huì)降低。

霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究科學(xué)家、斯坦福大學(xué)研究報(bào)告的合著者Frank Willett說(shuō)：“這些都是非常早期的研究，我們沒(méi)有一個(gè)大的其他人的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)。隨著我們進(jìn)行更多的記錄并獲得更多的數(shù)據(jù)，我們應(yīng)該能夠?qū)⑺惴◤钠渌松砩蠈W(xué)到的東西傳遞給新的人。”Willett確實(shí)注意到，這還需要更多的研究。

另一個(gè)問(wèn)題是，這項(xiàng)技術(shù)必須足夠容易讓人們?cè)诩依锸褂茫恍枰o(hù)理人員接受復(fù)雜的培訓(xùn)。大腦植入物也是侵入性的，在這些特定的研究中，腦機(jī)接口必須通過(guò)電線連接到頭骨外部的設(shè)備上，然后連接到計(jì)算機(jī)上。也有人擔(dān)心電極退化，以及這些可能不是永久解決方案的事實(shí)。為了讓消費(fèi)者使用，這項(xiàng)技術(shù)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格審查，這可能是一個(gè)漫長(zhǎng)而昂貴的過(guò)程。

此外，這些研究是針對(duì)那些仍有一定活動(dòng)能力的患者進(jìn)行的。一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如晚期ALS，會(huì)導(dǎo)致所謂的“閉鎖綜合征”。在這種狀態(tài)下，一個(gè)人仍然有思考、視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的能力，但只能通過(guò)眨眼或其他小動(dòng)作進(jìn)行交流。閉鎖綜合征患者最需要這種技術(shù)，但還需要更多的研究來(lái)確定這種方法是否有效。

Chang說(shuō)：“我們已經(jīng)跨過(guò)了性能的門(mén)檻，我們都非常興奮，因?yàn)樗邕^(guò)了可用性的門(mén)檻。”他指出，如果這項(xiàng)技術(shù)能夠安全、廣泛地實(shí)施，它的潛在好處是巨大的。“我們正在認(rèn)真考慮這個(gè)問(wèn)題，以及下一步該怎么辦。”

審核編輯：彭菁