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258cn118图库论坛BCI 全球首创!瘫痪失语者脑电波

  最近,加州大学旧金山分校的研究人员成功开发出一种 言语神经假体 技术,他们使用植入的脑机接口 ( BCI ) 来恢复人们的语言能力,使无法说话的重度瘫痪患者有望实现用句子交流。研究人员把来自大脑的信号直接 翻译 成声道,再以文字的形式在屏幕上显示。

  这是从瘫痪不能说话的人的大脑活动中直接解码完整单词的第一次成功示范,它显示出通过利用大脑的自然语言机制来恢复交流的强大前景。 加州大学旧金山分校的神经外科医生 Edward Chang 博士说。

  此前,通信神经修复术的重点是利用拼写的方式在文本逐个地输入字母以恢复通信。Chang 的研究与以往不同,他的团队旨在 翻译 控制声带发出声音的信号,而不是移动手臂或手进行。

  Chang 表示,这种方法利用了语音的自然和流畅方面,并有望实现更快速、更充分的交流。

  语音交流更接近我们平时说话的方式,我们通常以高达每分钟 150 或 200 个单词交流信息,而使用打字、书写和控制光标的基于拼写的方法要慢得多,也更费力。

  该研究项目负责人 Edward Chang 博士是加州大学旧金山分校的神经外科医生,专门治疗顽固性癫痫、三叉神经痛和脑肿瘤。他的研究重点是人类语言、运动和认知的大脑机制。

  在这项研究开始之前,他已经专注该领域十多年。为查明癫痫发作的起源,加州大学旧金山分校癫痫中心的患者自愿接受神经外科手术且使用该团队放置在大脑表面的电极阵列,这些试验早期的成功这为本次研究奠定了良好的基础。

  此前,该团队在有说话能力、但经历过脑部手术的患者体内植入电极阵列,通过绘制与产生不同元音和辅音的声道皮层活动模式,以借助分析模式来预测单词。为提高准确性,摩西博士开发了实时解码和统计语言模型。

  但是,他们在能说话的参与者中成功解码语音,并不能保证该技术可以在瘫痪者身上发挥作用。 我们的模型需要学习复杂的大脑活动模式和预期语言之间的映射。因此,当参与者无法说话时,对技术难度构成了重大挑战。 摩西说。

  此外,该团队不知道控制声道的大脑信号对于多年声带系统受损的人来说是否仍然有效。 确定这是否可行的最好方法是尝试。 摩西说。

  为了证实这项技术在相关患者中的可行性,Chang 与神经病学副教授卡鲁内什甘古利(Karunesh Ganguly)医学博士合作开展了一项名为 手臂和声音的脑机接口恢复 (BRAVO)的研究。

  第一位试验的参与者(BRAVO 1)是 30 多岁的男性,16 年前的中风使他的大脑与声带和四肢受到损害。受伤后,他的头部、颈部和四肢活动极其受限,无法清晰地说话,只能通过在帽子上安装指针类物体进行戳字母交流。

  研究人员与 BRAVO 1 合作创建了一个 50 字的词汇表,通过精准的 AI 算法可以从 BRAVO 1 的大脑神经中实时识别出具体词汇表。这些词汇足以创建数百个表达适用于他日常生活概念的句子(包括:水、家庭、好等)。

  通过本次研究,Chang 在 BRAVO1 的大脑语言皮层中植入了一个高密度电极阵列。在参与者完全康复后的随后几个月,该团队记录了他大脑区域 22 小时的神经活动并使用精准的 AI 来划分微妙的数据资料,随后再将它们与词语相结合。

  在每次会线 个词汇中的每一个,同时,电极记录来自他的语音皮层的大脑信号。

  Chang 说: 据我们所知,这是从瘫痪且不能说话者大脑活动中,直接解码完整单词的第一次成功示范。

  为了确定记录的神经活动模式是否能准确地被翻译成特定的预期词,研究团队采用了自定义神经网络模型(人工智能形式)。当参与者尝试说话时,这些网络会区分大脑在不同运动中的微妙变化,以检测语音尝试并识别他想说的单词。

  为了测试研究方法的可行性,该团队先展示由 50 个词语组成的短句,然后让 BRAVO1 尝试念这些词句。当他进行尝试时,屏幕上的单词从他的大脑活动中被逐个解码出来。

  然后,研究人员通过屏幕提问: 你今天好吗?、 你想要一些水吗? 等问题。和之前一样,BRAVO1 的 回答 出现在屏幕上, 我很好 、 不,我不渴 等句子。

  试验结果显示,该系统能以 1 分钟大约 20 个单词的速度从大脑神经的活动中解码单词,准确率高达 93%(中位数为 75%)。此外,该模型还实现了 自动更正 功能,加速了语言模型的成功应用。

  摩西表示, 我们很高兴看到对各种有意义的句子进行准确解码,我们已经证明,以这种方式促进交流实际上是可能的,并且它在对话环境中可作为使用的潜在应用工具。

  展望未来的临床试验,Chang 和摩西表示,他们将增加试验范围,让更多严重失语者和瘫痪患者参与到研究中。

  研究团队认为,虽然这项研究目前专注于单个参与者和有限的词汇量,但这些限制并没有影响研究成果。258cn118图库论坛