原創(chuàng) | 文 BFT機器人

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創(chuàng)新技術(shù)：用于解碼大腦信號的腦機接口（Brain-Computer Interface，BCI）

加州大學(xué)舊金山分校和加州大學(xué)伯克利分校的研究人員開發(fā)了一種腦機接口（BCI），成功地讓一名因腦干中風(fēng)而重度癱瘓的女性通過數(shù)字化虛擬人物（數(shù)字化頭像）進行發(fā)聲。這是首次實現(xiàn)通過大腦信號合成語音或面部表情。

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性能突破：文本解碼速度接近80詞/分鐘

該系統(tǒng)還可以以接近80詞每分鐘的速度將這些信號解碼成文本，這一速度大大超過了現(xiàn)有商用技術(shù)。該項突破性研究成果于2023年8月23日發(fā)表在《自然》雜志上。

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項目背景：FDA批準的腦信號發(fā)聲系統(tǒng)

Edward Chang博士，UCSF神經(jīng)外科的主任，已經(jīng)研究了超過十年的BCI技術(shù)。他希望這項最新研究能在不久的將來引領(lǐng)出一個獲得美國FDA批準，能從大腦信號中合成語音的系統(tǒng)。

Chang博士表示：“我們的目標(biāo)是恢復(fù)一種全面的、具身的溝通方式，這實際上是我們與他人交流的最自然方式。這些進步讓我們更接近于為病人提供一個真正有效的解決方案。”

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技術(shù)細節(jié)：253個電極和人工智能算法的訓(xùn)練

在此之前，Chang的團隊曾證明能夠?qū)⒁粋€曾經(jīng)也經(jīng)歷過腦干中風(fēng)的男性的大腦信號解碼成文本?，F(xiàn)階段的研究更為雄心勃勃：解碼大腦信號，實現(xiàn)豐富的語音和面部表情。

Chang的團隊在女性病人大腦表面的關(guān)鍵語音區(qū)域植入了一個由253個電極組成的紙薄矩形板。這些電極捕捉了原本將傳送到她的舌頭、下頜、喉頭以及面部肌肉的大腦信號。通過一個連接到她頭部的端口的電纜，這些電極與一組計算機相連接。

在幾周的時間里，參與者與研究團隊合作，訓(xùn)練人工智能算法識別她獨特的語音大腦信號。這涉及到反復(fù)地重復(fù)使用1024個日常對話詞匯中的不同短語，直到計算機能識別與這些聲音相關(guān)的大腦活動模式。

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高速解碼：39個音素解碼

與其訓(xùn)練人工智能識別整個單詞，研究人員創(chuàng)建了一個從音素（Phonemes）解碼單詞的系統(tǒng)。音素是構(gòu)成口頭單詞的語音的子單位，就像字母構(gòu)成書面單詞一樣。通過這種方法，計算機只需要學(xué)習(xí)39個音素就能解密任何英語單詞，這既提高了系統(tǒng)的準確性，也使其速度提高了三倍。

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未來展望：無線版本和社交互動的可能性

該團隊計劃的下一步是創(chuàng)建一個無線版本，使用戶無需與BCI物理連接。David Moses博士，該研究的聯(lián)合第一作者和神經(jīng)外科的兼職教授表示：“通過這項技術(shù)，賦予人們自由地控制自己的電腦和手機將會對他們的獨立性和社交互動產(chǎn)生深遠的影響?！?/p>

這項技術(shù)不僅有望為重度癱瘓患者提供一種全新的溝通方式，而且其潛力和應(yīng)用前景令人期待。

來源 | Tina

排版 | 居居手

審核 | 柒柒

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