國際研發(fā)出最新腦機接口裝置可幫助嚴重癱瘓人群恢復溝通能力

2023-08-25 01:54:50 來源：中國新聞網(wǎng)

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中新網(wǎng)北京8月24日電 (記者孫自法)國際著名學術(shù)期刊《自然》最新發(fā)表兩篇論文神經(jīng)科學論文，研究人員報告研發(fā)出新的腦機接口裝置(BCI)，能夠比現(xiàn)有技術(shù)更迅速、更準確且覆蓋更大詞匯量地將大腦活動解碼為語言。該研究結(jié)果展示旨在幫助嚴重癱瘓人群恢復溝通能力的技術(shù)的進步。

據(jù)論文介紹，患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病(包括腦干中風或肌萎縮性側(cè)索硬化癥)的人往往因肌肉癱瘓而喪失語言能力。過往研究表明可以從癱瘓患者的大腦活動中解碼出語言，但只能以文字形式輸出，且速度、準確性和詞匯量都較為有限。

Willett研究小組與病人Pat在一起(攝影Steve　Fisch)。施普林格·自然供圖

其中一篇論文研究中，美國斯坦福大學Francis Willett和同事開發(fā)出一種腦機接口裝置，可以通過插入大腦的細電極陣列收集單個細胞的神經(jīng)活動，并訓練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解碼病人試圖進行的發(fā)聲。在該裝置的幫助下，一名肌萎縮性側(cè)索硬化癥病人可以以每分鐘62個詞的速度進行交流，這一速度是此前類似裝置的3.4倍，進一步接近了自然對話的速度(每分鐘約160個詞)。該裝置在50個單詞的詞匯量下錯誤率為9.1%，比此前最先進的語言腦機接口裝置低2.7倍。在使用12500詞匯量時，該裝置錯誤率為23.8%，論文作者認為，這可能是有研究首次成功演示大詞匯量的解碼。

在另一篇論文研究中，美國加州大學舊金山分校Edward Chang和同事開發(fā)出一種基于不同方法獲取大腦活動的裝置，該裝置的電極覆蓋在大腦表面并偵測許多細胞的活動。這種腦機接口裝置可以將大腦信號同時轉(zhuǎn)化為三種輸出形式：文字、語音和控制一個頭像。研究人員訓練了一個深度學習模型，來解碼從一名因腦干中風而嚴重癱瘓的患者那里收集到的神經(jīng)數(shù)據(jù)，收集數(shù)據(jù)時病人試圖無聲地說出句子。腦信號到文字的轉(zhuǎn)譯速度中位數(shù)為每分鐘78個詞(錯誤率為25%)；大腦信號轉(zhuǎn)譯為語音時，372詞匯量下錯誤率為28.2%，詞匯量越小，錯誤率越低。該裝置還能將神經(jīng)活動轉(zhuǎn)譯為面部表情，以動畫頭像的形式呈現(xiàn)。綜上所述，這種多模式腦機接口裝置為癱瘓病人提供了更多可能性，讓他們能夠更自然、更具表現(xiàn)力地進行交流。

Willett研究小組與病人Pat在一起(攝影Steve　Fisch)。施普林格·自然供圖

《自然》同期發(fā)表同行專家的“新聞與觀點”文章認為，這兩個腦機接口裝置“代表了神經(jīng)科學和神經(jīng)工程學研究的重大進步，對于緩解因癱瘓性神經(jīng)損傷和疾病而失聲的人的痛苦有巨大潛力”，不過，要實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用還需要進一步的工作。(完)

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