从猪到猴脑机接口迎来重大突破,让瘫痪者通过想象快速输入文本

视频介绍

2021-05-13 18:28:52

在童年的电影黑客帝国中,主人公尼奥通过脑机接口与矩阵系统相连,在虚拟世界自由穿梭。去年9月,马斯克将这一科幻想象搬到了现实之中,他创办的Neuralink公司,将一枚看起来像硬币的微型脑机接口设备,植入小猪的大脑内部,并根据采集到的信号,成功预测了小猪的行进路线。在此后不久还成功让一只猴子通过脑电波连接实现打电子游戏的动作。 所有这一切,似乎都在带动科幻迈向现实更进一步,未来脑机接口是否可以实现人与外界的心灵感应呢? 5月12日,顶级学术期刊自然以封面文章的形式刊发了由斯坦福大学、布朗大学、哈佛医学院等团队研究人员联合完成的一项里程碑式研究,研究首次解码了与书写有关的神经信号,并实时显示它们。 研究团队将人工智能软件与一款脑机接口设备结合起来,与一名大脑中植入脑机接口设备的瘫痪患者合作,让该患者想象他拿着一支笔,在一张横线纸上尝试写字,就像他的手没有瘫痪一样,并将该男子手写意图快速转换为电脑屏幕上的文本。 在现实中,对于那些说话有困难的人,科学家们一直在开发其他方式来帮助他们交流。 目前商用的辅助打字设备主要依赖于使用者能够进行眼球运动或发出语音命令。例如,眼球追踪键盘可以让瘫痪者每分钟输入约47.5个字符,然而,这些技术不适用于瘫痪的同时损害了眼球运动或发声的人。 而到目前为止,用于打字输入的脑机接口还无法与眼球追踪器等更简单的辅助技术竞争。 为克服这一挑战,研究团队基于一种为语音识别开发的机器学习算法,重新设计了另一种算法。这使得他们能够仅根据神经活动来估计参与者何时开始尝试书写一个字符。 为了实现准确的分类,研究人员的分类算法还使用了现有的机器学习方法,以及一种叫做递归神经网络RNN的人工神经网络,这种神经网络特别擅长预测顺序数据。 在实验中,系统在一名65岁四肢瘫痪的男性志愿者身上进行了测试,他以前曾遭受过脊髓损伤,并接受过电极植入。 这些电极监测大脑运动皮层中大约200个神经元的电活动,该皮层控制着手部运动。即使病人因脊髓受损而无法移动他们的四肢,大脑的这一区域仍然能够产生与以前相同的信号。 在研究中,他被要求想象用笔和纸书写所有26个小写字母,当他这样做时,连接计算机上的机器学习算法确定了哪些神经活动模式与哪个字母或符号相对应。当志愿者随后想到要写那个字符时,计算机就能够识别它,并通过在屏幕上显示它来做出反应。 通过这种方式,该男子能够一次打出完整的句子,一个字母。重要的是,他能够以每分钟约90个字符的速度打字,这大约是他这个年龄的人在智能手机上编写短信的速度。相比之下,现有的BCI需要瘫痪用户在精神上移动屏幕上的光标来编写信息,最高速度只能达到约40个字符每分钟。 当然,这项研究也并非完美。在投入大规模临床应用前,仍需进一步验证该技术的使用寿命、安全性和效果。未来,也让我们一起期待一下它的到来吧!

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