随着科技的不断发展，脑机接口技术正在为改善许多人的生活质量带来希望。
近日，一项突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，而失去语言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发了一种新型脑机接口技术。这项脑机接口技术的核心作用在于，以 97% 的准确率把大脑信号“翻译”为语音，为语言障碍患者提供了一种全新的交流方式。
近日，相关论文以《准确、快速校准的语音神经假体》（An Accurate and Rapidly Calibrating Speech Neuroprosthesis）为题发表在 The New England Journal of Medicine 上 [1]。
图丨相关论文（来源：The New England Journal of Medicine）
神经外科医生大卫布兰德曼（David Brandman）对媒体表示：“我们的脑机接口技术帮助了一位瘫痪的男人与朋友、家人和看护人进行交流。我们的论文展示了迄今为止最精确的语言神经植入物。”
这项技术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信号。这些信号随后被转换成文本，并由计算机读出来。
研究的主要参与者是 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，这个激动人心的时刻让哈雷尔和他的家人喜极而泣。
哈雷尔回顾自己使用这项技术的经历时，对媒体说：“无法交流是非常令人沮丧的，就像你被困住了一样。这样的技术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。
霍克伯格对该技术称赞道：“凯西和其他的 BrainGate 参与者都是非常特别的。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获得任何个人利益，而是为了帮助我们开发一个能够为其他瘫痪患者恢复交流和行动能力的系统。”
图丨使用脑机接口设备的哈雷尔（来源：资料图）
2023 年 7 月，加州大学戴维斯健康中心的团队在哈雷尔的左侧中央前回植入了脑机接口设备，这个区域主要负责协调语言。
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控制肌肉和说话的意图。
研究人员解释称：“我们正在记录大脑试图向肌肉发送这些命令的部分。我们其实是在倾听这些信息，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 次数据收集实验。在此期间，哈雷尔总共使用语音脑机接口进行了超过 248 小时的自主对话，通过面对面和视频聊天进行交流。
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，系统在使用额外 1.4 小时的训练数据后达到了 90.2% 的准确率。
经过持续的数据收集和训练，该脑机接口系统的准确率稳定在 97.5%，这比许多试图解释人声的手机软件还要好。
研究人员认为，这项技术为那些想说话但无法说话的人带来了希望。
经过一年的使用，哈雷尔的表现也没有下降。研究小组计划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术的应用。他们正在为哈雷尔的设备添加语调（音调和节奏的变化）、唱歌能力等新功能。
哈雷尔已经能够使用这项技术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工作提供了可能。
尽管这项技术取得了巨大进展，但研究人员也认识到还存在一些挑战。
目前，该系统还不是无线的，需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，这限制了其便携性。此外，这些接口需要小心护理，以防感染。
值得一提的是，该方案与知名脑机接口公司 Neuralink 不同的是，后者以无线和微创著称。
另一个问题是，这项技术是否能同样有效地应用于语言问题更严重或由其他原因导致失去语言能力的患者身上，因为哈雷尔仍然能够活动嘴巴并发出一些声音。
尽管如此，这项研究的高精准度仍为那些失去语言能力的人带来了一线希望。随着脑机接口技术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获得交流的能力。
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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