國(guó)際研發(fā)出最新腦機(jī)接口裝置可幫助嚴(yán)重癱瘓人群恢復(fù)溝通能力

2023-08-25 01:30:07 來源：中國(guó)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(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》最新發(fā)表兩篇論文神經(jīng)科學(xué)論文，研究人員報(bào)告研發(fā)出新的腦機(jī)接口裝置(BCI)，能夠比現(xiàn)有技術(shù)更迅速、更準(zhǔn)確且覆蓋更大詞匯量地將大腦活動(dòng)解碼為語言。該研究結(jié)果展示旨在幫助嚴(yán)重癱瘓人群恢復(fù)溝通能力的技術(shù)的進(jìn)步。

據(jù)論文介紹，患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病(包括腦干中風(fēng)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(dòng)中解碼出語言，但只能以文字形式輸出，且速度、準(zhǔn)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(guó)斯坦福大學(xué)Francis Willett和同事開發(fā)出一種腦機(jī)接口裝置，可以通過插入大腦的細(xì)電極陣列收集單個(gè)細(xì)胞的神經(jīng)活動(dòng)，并訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解碼病人試圖進(jìn)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(gè)詞的速度進(jìn)行交流，這一速度是此前類似裝置的3.4倍，進(jìn)一步接近了自然對(duì)話的速度(每分鐘約160個(gè)詞)。該裝置在50個(gè)單詞的詞匯量下錯(cuò)誤率為9.1%，比此前最先進(jìn)的語言腦機(jī)接口裝置低2.7倍。在使用12500詞匯量時(shí)，該裝置錯(cuò)誤率為23.8%，論文作者認(rèn)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(guó)加州大學(xué)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(dòng)的裝置，該裝置的電極覆蓋在大腦表面并偵測(cè)許多細(xì)胞的活動(dòng)。這種腦機(jī)接口裝置可以將大腦信號(hào)同時(shí)轉(zhuǎn)化為三種輸出形式：文字、語音和控制一個(gè)頭像。研究人員訓(xùn)練了一個(gè)深度學(xué)習(xí)模型，來解碼從一名因腦干中風(fēng)而嚴(yán)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(shí)病人試圖無聲地說出句子。腦信號(hào)到文字的轉(zhuǎn)譯速度中位數(shù)為每分鐘78個(gè)詞(錯(cuò)誤率為25%)；大腦信號(hào)轉(zhuǎn)譯為語音時(shí)，372詞匯量下錯(cuò)誤率為28.2%，詞匯量越小，錯(cuò)誤率越低。該裝置還能將神經(jīng)活動(dòng)轉(zhuǎn)譯為面部表情，以動(dòng)畫頭像的形式呈現(xiàn)。綜上所述，這種多模式腦機(jī)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(jìn)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(diǎn)”文章認(rèn)為，這兩個(gè)腦機(jī)接口裝置“代表了神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程學(xué)研究的重大進(jìn)步，對(duì)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(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用還需要進(jìn)一步的工作。(完)

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