特拉维夫研究人员利用思想能力为瘫痪患者提供人工语言

听起来像科幻小说。因脑损伤、脑干中风、肌萎缩侧索硬化症（ALS、Lou Gehrig 病）而完全瘫痪的人，用嘴巴表达语言的人，只能用思想的力量人工“说话”。

由于受伤或疾病导致的言语丧失是毁灭性的。现在，特拉维夫大学（TAU）和特拉维夫Sourasky医疗中心（TASMC）的研究人员在这项科学突破表明，沉默的人仅使用思想的力量就可以说话。在一项实验中，这样的病人想象说出两个音节中的一个。植入他大脑的深度电极将电信号传输到计算机，然后计算机发出音节。

该研究由 TAU 医学与健康科学学院和医学中心的 Ariel Tankus 博士以及 TAU 医学与健康科学学院的 Ido Strauss 博士和医院功能神经外科部门主任共同领导。

这项开创性研究的结果刚刚发表在著名的《神经外科》杂志上，该杂志是神经外科医师大会的官方出版物，标题为“额叶和海马体中的言语神经假体：将高频活动解码为音素”。

特拉维夫大学（图片来源：Courtesy）

新型言语神经假体（一种语音脑机接口）根据大脑区域（前扣带回和眶额叶皮层以及海马体）的高频活动，人工表达语音构建块，这些功能以前从未被用于神经假体。

这一成就为使完全瘫痪的人有可能重新获得自主说话的能力带来了希望。

85% 准确度

“研究中的37岁患者是一名癫痫患者，他被送往医院接受大脑癫痫病灶切除术，”Tankus解释说。他的言语完好无损，仅出于临床原因植入了深度电极。在第一组试验中，参与者使神经假体以85%的准确率人为地产生不同的元音。在接下来的试验中，性能持续提高。我们表明，在公开语音数据上训练的神经假体可以被无声地控制，“Tankus及其同事写道。

“当然，要做到这一点，你需要找到焦点，即通过大脑发送强大电波的'短路'的来源。这种情况涉及一小部分癫痫患者，他们对药物反应不佳，需要神经外科干预，甚至还有一小部分癫痫患者，他们的疑似焦点位于大脑深处，而不是皮层表面。

为了确定确切的位置，电极被植入他们大脑的深层结构中。然后他们被送往医院，等到他们再次癫痫发作。当它发生时，电极会告诉神经外科医生和神经科医生焦点在哪里，从而使他们能够进行精确的手术。

研究人员说，从科学的角度来看，这提供了一个难得的机会，可以一窥活生生的人类大脑的深度。幸运的是，在TASMC住院的癫痫患者同意参加实验，该实验最终可以帮助完全瘫痪的人通过人工语言再次表达自己。

运作方式

在实验的第一阶段，在已经将深度电极植入患者大脑的情况下，研究小组要求他大声说出两个音节：/a/和/e/。他们记录了他发出这些声音时的大脑活动。利用深度学习和机器学习，研究人员训练了人工智能模型来识别特定的脑细胞，这些脑细胞的电活动表明他们想要说/a/或/e/。

一旦计算机学会了识别患者大脑中与这两个音节相关的电活动模式，他就被要求只想象他在说/a/和/e/。然后，计算机转换电信号并相应地播放预先录制的/a/或/e/的声音。

“我的研究领域涉及语音的编码和解码 - 单个脑细胞如何参与语音过程 - 语音的产生和听到，以及语音的想象力，或'无声地说话'，”Tankus继续说道。

“在这个实验中，我们有史以来第一次能够将词性与我们记录的大脑区域的单个细胞的活动联系起来。这使我们能够区分代表声音/a/和/e/的电信号。目前，我们的研究涉及两个语音构建块，两个音节。当然，我们的志愿是完成语言，但即使是两个不同的音节，也可以让一个完全瘫痪的人传达出「是」和「否」。

他们认为，在未来，有可能在疾病的早期阶段为ALS患者训练计算机，当他们仍然可以说话时。计算机将学会识别患者大脑中的电信号，从而使计算机即使在患者失去移动肌肉的能力后也能解释这些信号。“这只是一个例子。我们的研究是朝着开发脑机接口迈出的重要一步，该接口可以取代大脑用于言语产生的控制途径，使完全瘫痪的个体能够再次自愿与周围环境交流。