AI+腦機(jī)接口，讓癱瘓失語者通過意念實(shí)時(shí)“說話”

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來源：生物世界

2025-04-01

2025年3月31日，加州大學(xué)兩團(tuán)隊(duì)合作在Nature Neuroscience發(fā)表研究，開發(fā)新型腦機(jī)接口設(shè)備，可將癱瘓失語患者大腦想象言語實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為聲音輸出，有望恢復(fù)其自然言語交流能力。

自然的口語交流是瞬間完成的。超過幾秒鐘的言語遲緩就會(huì)打斷對(duì)話的自然流暢。這使得癱瘓者難以參與有意義的對(duì)話，從而可能會(huì)導(dǎo)致他們產(chǎn)生孤立和沮喪的感覺。

近年來，腦機(jī)接口（BCI）領(lǐng)域取得了許多突破性進(jìn)展，例如，2023 年 8 月，加州大學(xué)舊金山分校張復(fù)倫（Edward Chang）團(tuán)隊(duì)在 Nature 期刊發(fā)表論文【1】，通過新型腦機(jī)接口（BCI），將因腦干中風(fēng)而嚴(yán)重癱瘓的患者在大腦中嘗試的無聲說話轉(zhuǎn)化為文字、語音和圖像，從而幫助嚴(yán)重癱瘓者恢復(fù)溝通能力。

然而，這種面相言語的腦機(jī)接口一般在患者嘗試無聲說話與計(jì)算機(jī)輸出之間會(huì)有幾秒鐘的延遲，這種延遲會(huì)在聆聽者與患者之間造成交流不暢和困擾。而一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)有望恢復(fù)自然對(duì)話交流，或能提高失語患者的生活質(zhì)量。

2025年3月31日，加州大學(xué)舊金山分校張復(fù)倫團(tuán)隊(duì)與加州大學(xué)伯克利分校 Gopala Anumanchipalli 團(tuán)隊(duì)合作，在 Nature Neuroscience 期刊發(fā)表了題為：A streaming brain-to-voice neuroprosthesis to restore naturalistic communication 的研究論文。

該研究開發(fā)了一種新型腦機(jī)接口設(shè)備，在 AI 模型訓(xùn)練的幫助下，能夠?qū)c瘓失語患者大腦中想象的言語活動(dòng)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成他的聲音輸出，從而幫助失語者恢復(fù)實(shí)時(shí)流暢交流的能力。

研究引入

在這項(xiàng)研究中，研究體開發(fā)了一款無聲腦機(jī)接口，并作為一個(gè)臨床試驗(yàn)的一部分，將它植入了一名 47 歲的四肢麻痹（四肢和軀干癱瘓）女性患者的大腦中，這名女性在一次中風(fēng)發(fā)作后已有 18 年無法說話或發(fā)聲。

研究團(tuán)隊(duì)讓她在大腦中用意念講出包含 1024 個(gè)獨(dú)特詞匯的完整句子，同時(shí)用她的大腦活動(dòng)訓(xùn)練了一個(gè)深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這些大腦活動(dòng)利用植入該患者言語感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的電極進(jìn)行記錄。

研究團(tuán)隊(duì)隨后使用該模型以 80 毫秒遞增的速度解碼在線語音，與受試者的發(fā)聲意圖同步，再生成用受試者受傷前說話片段訓(xùn)練的模擬她聲音的音頻。這個(gè)腦機(jī)接口還可以推廣至該受試者訓(xùn)練中沒有接觸過的詞匯，而且，該設(shè)備可以連續(xù)不間斷使用，而不是每次運(yùn)行幾秒。

研究引入