读脑设备最擅长解码“内部语言”

使研究人员能够解读大脑信号的技术有一天可以让人们只用他们的思想来交谈。

　　

科学家已经开发出一种可以解码内部语言的大脑植入物，这种植入物可以识别两个人在不动嘴唇或发出声音的情况下在脑海中说的话。

尽管这项技术还处于早期阶段——它被证明只能处理少量的单词，而不是短语或句子——但它将来可能会有临床应用。

类似的脑机接口(BCI)设备可以将大脑中的信号翻译成文字，对一些人来说，这种设备的速度已经达到每分钟62-78个单词。但这些技术经过训练，至少可以解释部分发声或模仿的语音。

这项最新的研究发表在5月13日的《Nature Human Behaviour》杂志上，通过实时记录大脑中单个神经元发出的信号，首次完全解码了人的内部语言。

瑞士日内瓦大学的神经工程师Silvia Marchesotti说:“这可能是迄今为止在解码想象语音方面最先进的研究。”

“这项技术对那些再也无法行动的人来说特别有用，”研究报告的合著者Sarah Wandelt说，她是帕萨迪纳加州理工学院的一名神经工程师，研究完成时她在帕萨迪纳加州理工学院。“例如，我们可以考虑闭锁综合征这样的情况。”

读心术科技

研究人员在两名脊髓损伤患者的大脑中植入了微型电极阵列。他们将这些设备放置在大脑的边缘上回(SMG)，这是一个以前没有在语音解码脑机接口中探索过的大脑区域。

Marchesotti说，找出大脑中植入脑机接口的最佳位置是解码内部语音的关键挑战之一。先前的研究表明，大脑的这一部分在无声言语和决定单词是否押韵等任务中很活跃，基于此，作者决定测量SMG中神经元的活动。

两周后，研究人员将微电极阵列植入参与者的左上皮层，开始收集数据。他们用六个词(战场、牛仔、蟒蛇、勺子、游泳和电话)和两个无意义的假词(nifzig和bindip)来训练BCI。Wandelt说:“这里的重点是要看看表现是否需要意义。”

在三天的时间里，研究小组要求每个参与者想象说出屏幕上显示的单词，并对每个单词重复这个过程8次。然后，脑机接口将对参与者大脑活动的测量与计算机模型结合起来，实时预测他们的内部语言。

对于第一个参与者，脑机接口捕获了所有单词的不同神经信号，并能够以79%的准确率识别它们。但第二个参与者的解码准确率只有23%，他对“勺子”和“游泳”表现出了优先的表征，并且对每个单词都有唯一活跃的神经元更少。“可能是边缘上回的不同子区域或多或少地参与了这个过程，”Wandelt说。

荷兰马斯特里赫特大学(Maastricht University)的计算神经科学家Christian Herff认为，这些结果可能突显了人们处理内部语言的不同方式。“以前的研究表明，在执行想象任务时，有不同的能力，也有不同的脑机接口控制能力，”Marchesotti补充说。

作者还发现，82-85%的神经元在内部言语时活跃，在参与者发声时也活跃。但是一些神经元只在内部说话时活跃，或者对特定的单词有不同的反应。

下一个步骤

尽管这项研究在解码内部语音方面取得了重大进展，但临床应用仍有很长的路要走，许多问题仍未得到解答。

“内部言语的问题在于，我们不知道发生了什么，也不知道它是如何被处理的，例如，研究人员还不能确定大脑是通过语音(通过声音)还是语义(通过意义)来表达内部语言。我认为我们需要的是更大的词汇量，”Herff说。

Marchesotti还想知道这项技术是否可以推广到失去说话能力的人身上，因为这两位研究参与者能够说话，并且大脑的语言区域完好无损。她说:“我认为这是未来可以解决的问题之一。”

研究小组的下一步将是测试脑机接口是否能够区分字母表中的字母。“我们可能会有一个内部语音拼写器，这将真正帮助病人拼写单词，”Wandelt说。