編譯 希區(qū)客

2021年5月12日，《自然》發(fā)布封面文章：斯坦福大學(xué)的科學(xué)家結(jié)合腦機(jī)接口與人工智能，創(chuàng)建了一套皮質(zhì)內(nèi)腦機(jī)接口系統(tǒng)，此系統(tǒng)可將大腦控制“手寫(xiě)”的神經(jīng)活動(dòng)破譯為“筆跡”，再把“筆跡”實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化成電腦屏幕上的文本，從而幫助癱瘓人士實(shí)現(xiàn)超越物理限制的“腦寫(xiě)”。這一創(chuàng)舉是科學(xué)界的首次。

參與此項(xiàng)目的志愿者代號(hào)T5，是一名現(xiàn)年60歲的白人男性，在2007年因脊髓受傷而失去了脖子以下幾乎全部的運(yùn)動(dòng)能力。2016年，T5參加了BrainGate2項(xiàng)目，該臨床試驗(yàn)項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)和測(cè)試實(shí)用的創(chuàng)新醫(yī)療設(shè)備，尤其是腦機(jī)接口——可植入并從大腦直接讀取電活動(dòng)的小型計(jì)算機(jī)芯片——幫助患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癱瘓或肢體殘疾的人群恢復(fù)與溝通和運(yùn)動(dòng)能力。

在此項(xiàng)研究中，項(xiàng)目帶頭人弗蘭克·威利特（Frank Willett）和同事在T5的左腦放置了2塊計(jì)算機(jī)芯片，每個(gè)芯片的尺寸差不多是嬰兒劑量阿司匹林（81 mg，成人劑量為325 mg）的大小，且?guī)в?00個(gè)電極。

手寫(xiě)過(guò)程的神經(jīng)表征

他們要求T5想象自己正執(zhí)筆在紙上書(shū)寫(xiě)單個(gè)字母（雖然他無(wú)法真的動(dòng)手寫(xiě)字），當(dāng)參與者進(jìn)行此類(lèi)嘗試時(shí)，威利特等人記錄下了可能控制這一過(guò)程的神經(jīng)活動(dòng)。具體過(guò)程是這樣的：大腦運(yùn)動(dòng)皮層（控制手部運(yùn)動(dòng)的區(qū)域）的神經(jīng)元發(fā)出信號(hào)→芯片上的電極接收到這些神經(jīng)信號(hào)→信號(hào)通過(guò)電線(xiàn)發(fā)送至計(jì)算機(jī)。

威利特等人記錄下大量“腦寫(xiě)”的神經(jīng)活動(dòng)過(guò)程作為素材訓(xùn)練AI算法，令其解碼神經(jīng)信號(hào)，推測(cè)T5的手和手指的運(yùn)動(dòng)。

歷經(jīng)高強(qiáng)度訓(xùn)練，研究團(tuán)隊(duì)的算法最終實(shí)現(xiàn)了高達(dá)94.1%的準(zhǔn)確率；他們?cè)谔砑幼詣?dòng)校正功能后，準(zhǔn)確度更是提高到99%。你沒(méi)聽(tīng)錯(cuò)，連接上該系統(tǒng)的T5的“腦寫(xiě)”成功率至少94%，而他的“碼字”速度達(dá)到了每分鐘18個(gè)單詞。

此外，新研究也顯示了一個(gè)重要結(jié)果，那就是即便癱瘓了十多年后，人的大腦仍能就“碼字”工作（包括字母和各種標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的書(shū)寫(xiě)）產(chǎn)生確切的神經(jīng)活動(dòng)模式。

另一方面，研究者指出，在解碼神經(jīng)信號(hào)時(shí)，有些字母比其他字母更難以分辨，例如，字母r、h和n的書(shū)寫(xiě)所需的手部運(yùn)動(dòng)比較相似，其對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)皮層的活動(dòng)也就不易區(qū)分了。這一問(wèn)題在某些其他語(yǔ)言中會(huì)被進(jìn)一步放大，像泰米爾語(yǔ)有247個(gè)字母，而且其中許多看起來(lái)很相似，這可能會(huì)使AI感到困惑。

該研究論文的作者之一、斯坦福大學(xué)霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員克里希納·謝諾伊（Krishna Shenoy）表示，此次研究的最大創(chuàng)新在于首次破譯了與手寫(xiě)筆跡有關(guān)的大腦信號(hào)，可以讓癱瘓患者不用手也能快速打字。

美國(guó)華盛頓大學(xué)的神經(jīng)工程專(zhuān)家艾米·奧爾斯博恩（Amy Orsborn）并未參與這項(xiàng)工作，不過(guò)稱(chēng)這是“皮質(zhì)內(nèi)腦機(jī)接口的一項(xiàng)非凡進(jìn)步，因?yàn)樗趯?xiě)字速度和準(zhǔn)確性方面取得了巨大飛躍”，但她也表示，此類(lèi)“腦寫(xiě)”系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)真正的應(yīng)用，還有很長(zhǎng)一段路要走，“他們只是在一個(gè)人身上短暫地演示了此算法。如何擴(kuò)展這項(xiàng)工作，保證算法每天都能正常工作并對(duì)每個(gè)人有效，是一個(gè)令人興奮的新挑戰(zhàn)”。

未來(lái)，當(dāng)一個(gè)人因受傷或疾病而四肢癱瘓，甚至不能說(shuō)話(huà)時(shí)，只要大腦的神經(jīng)活動(dòng)仍然存在，患者就有可能恢復(fù)交流能力。

資料來(lái)源TheGuardian