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当你行动、感知、说话或者做任何事的时候，大脑都会相应产生特定的脑电活动模式。近几十年来，科学家已经通过机器模拟了这些电脉冲，这样就可以更好地了解大脑疾病，帮助残障人士。当然，研究脑机接口（Brain-computer interfaces，BCI）的科学家不仅希望这套系统可以帮助瘫痪者，让他们恢复运动能力，还希望做进一步的研究，开发这套系统在治疗神经和精神类疾病方面的价值。
目前来看，脑机接口的下一个前沿领域很有可能是文本撰写。《自然》（Nature）杂志上新发表的一项研究介绍了一种大脑植入设备，它可以让肢体受损人士无需借助双手，就能直接通过大脑创建文本。
在这项研究中，研究人员在大脑植入电极的基础上结合了人工智能技术。他们让全身瘫痪的患者在大脑中想象自己是在用手写字。此时，脑机接口就可以将患者大脑中想象的字母和单词转换成电脑屏幕上的文本。可以说这项技术有望造福全球数百万因肢体或发声肌肉受损而无法打字或说话的患者。
此前，美国斯坦福大学的克里希纳·V.谢诺伊（Krishna V.Shenoy，这项研究的共同通讯作者）教授已经分析了与言语相关的神经模式，他研发的软件还能解码在大脑中想象的手臂运动。因此，瘫痪人士可以通过想象移动屏幕键盘上的光标，选择对应的字母。但是这项技术每分钟只能生成40个字符，远低于键盘输入的平均速度（每分钟约190个字符）。在新的研究中，研究人员通过让患者直接想象书写过程加快了输出的速度。运用这项技术，65岁的受试每分钟可以在心里打出90个字符。这个速度与大多数资深手机用户的平均速度相差不大，他们通常每分钟可在手机上输入115个字符。
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斯坦福大学神经修复转化实验室（Neural Prosthetics Translational Laboratory）的科学家弗兰克·威利特（Frank Willett，这项研究的第一作者）说：“这项研究成果可帮助严重瘫痪或闭锁症（locked-in）患者恢复交流。它可以帮助人们表达自己的想法。这简直太激动人心了。”
这项研究的受试者在2007年遭受过脊髓损伤，颈部以下的大部分区域都失去了知觉。2016年，斯坦福大学神经外科医生杰米·亨德森（Jaimie Henderson，这项研究的共同通讯作者）将两个小型脑机接口芯片植入了这名男子的大脑。每个芯片都有100个可以用来感知神经元活动的电极，电极被植入控制手和手臂运动的运动皮层（motor cortex）区域。这样，研究人员就可以侦测出与书面语言相关的大脑活动。
美国华盛顿大学生物工程师埃米·L.奥斯本（Amy L.Orsborn，并未参与这项研究）说：“对于大脑皮层内的脑机接口而言，这项研究的进步非常明显。因为要识别打字的脑电模式极具挑战性，研究人员在这个重要的任务上取得了巨大的进步。可以说，这是迄今为止利用既有机器学习工具（如预测语言的模型）改善脑机接口功能的最重要的示范。”
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米亚伊尔·D.塞吕亚（Mijail D.Serruya，并未参与这项研究）是美国托马斯·杰斐逊大学的神经学家，他一直在研究脑机接口如何帮助中风患者恢复身体功能。因此，他对这项研究很感兴趣。塞吕亚说：“早在2019年，我就看到过这类研究，当时我就觉得非常了不起。我认为它清楚地表明，研究人员可以从神经活动中解码出精细的运动轨迹。”
塞吕亚还认为，这项研究可以与威利特的研究相结合，帮助那些大脑遭受创伤或者中风的人士。他说：“我们已经证明（即便中风后）运动控制信号可以被解码，这意味着威利特研发的解码方法不仅仅只能用于脊髓损伤的患者。”
然而，塞吕亚也对这项新研究提出了质疑，他说他在几年前曾向威利特提出过下列问题：虽然通过手写文字恢复交流很直观，但这可能并不是最有效的方法。“为什么不像速记符号（stenography chords）或手语一样，让他们学会一种用更简单的基本手势构建的新语言呢？”塞吕亚问道，“这既可以提高交流速度，更重要的是，也可以节省他们思考时耗费的精力和注意力。”
目前，威利特依然专注于解码更常见的交流形式。他想重复打字实验的成功，让更多的瘫痪人士参与其中。他表示，“翻译”大脑对书写的控制过程可能是在恢复沟通能力时至关重要的第一步。但是，要通过分析某人想说什么来解码出实际表达的语言，这依然是研究人员面临的主要挑战，因为人们生成言语的速度要远快于书写或者打字的速度。
“要让机器的准确性足够高，识别出足够多的词汇，从而让患者可以完成一般性的交谈，这依然是一个很大的问题。它的信噪比太低了，很难将具体信息转化到电脑中，”威利特说，“但令人兴奋的是，我们现在可以非常准确地解码笔迹。每个字母都能唤起截然不同的神经活动模式。”
至于文本和言语解码技术（text-and-speech-decoding）什么时候才能普及，威利特表示他对此持谨慎乐观的态度。他说：“很难预测我们的方法什么时候才能转化为通用产品。现在已经有些公司在研发可植入的脑机接口设备了，但你永远不知道什么时候才能真正实现应用。我们希望在几年之内就能实现，而无需等上几十年！”
撰文：布雷特·什捷特卡（Bret Stetka）
翻译：林清
审校：石云雷
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
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