对许多瘫痪或者神经系统疾病患者来说，如何恢复与世界的交互、交流是极其困难的事情，这需要重新连通神经元与下游信息接收单位。在过去，脑机接口技术已经成功地帮助一些瘫痪患者实现了重新站立、行走，一定程度上帮助患者回归了正常生活。除了行动不便，各种神经系统障碍导致的肌肉功能丧失，很可能使控制语言、发声的肌肉也失去控制，从而让患者在意识正常情况下，无法正确表达自己的想法，因此也被称作闭锁综合征。过去的一些研究曾尝试从瘫痪患者的大脑中破解语言信息，但一般只能以文字形式出现，并且速度、准确性和词汇量都有限。今日，《自然》两篇背靠背研究再次展示了脑机接口的强大功能，两项研究分别突破性地更快、更准地解决了瘫痪患者的语言表达障碍问题。▲两项研究用脑机接口帮患者重新“开口”（图片来源：DOI：10.1038/d41586-023-02546-0）其中一项来自斯坦福大学的Francis R. Willett团队。研究中的患者由于肌萎缩侧索硬化症导致言语不清，研究团队尝试给患者的大脑体感运动皮层植入了一个阵列电极，用于收集单个神经元活动，所有的信息会通过神经网络进行解码，并且研究会搭配一个语言模型共同用于从神经元活动中预测发声。在设备帮助下，患者能够平均以每分钟62个单词的速度进行交流，大约是过往设备速度的3.4倍，也更接近自然说话的速度。整体来说，在50个单词的交流中，脑机接口最后给出的结果错误率只有9.1%。▲在斯坦福大学的研究中，患者正在参与研究（图片来源：Steve Fisch）另一项来自加州大学旧金山分校的Edward Wang团队，研究中的实验对象在一次脑干卒中之后表现出言语不清。作者在患者的语言皮层植入了脑机接口设备，用于解码大脑信号。经过训练深度学习模型，研究者尝试让神经信号产生了三种输出模式，包括文本、语音和可说话的虚拟形象。在测试中， 患者通过默读产生的文本翻译的速度平均为每分钟78个单词，50个单词的句子中，单词错误率为4.9%。除此之外，这些信号可以转变成听众可理解的语音，一组含有529短语的语音中，单词错误率约为28%。这部分声音可以经过处理，让其表现得更像患者受伤前的声音。评论文章指出，两项研究代表了神经科学工程研究的巨大进步，有望在未来帮助改善因神经损伤导致的失语症状。[1] A high-performance speech neuroprosthesis. Nature (2023). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06377-x[2] A high-performance neuroprosthesis for speech decoding and avatar control. Nature (2023). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06443-4本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系[email protected]。
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