一款新的人工智能驱动的脑部植入物使一名瘫痪男子能够再次说话

这是目前辅助语言技术的一大进步。
A doctor looks at images of a brain as he performs surgery.
神经外科医生 Edward Chang 在加州大学旧金山分校进行脑部手术。 Barbara Ries

2003年,一名当时20岁的男子在车祸后遭受了严重中风。他全身瘫痪,只有眼球运动和轻微的头部运动完好。他声带肌肉也因瘫痪而无法说话。

十八年后,科学家们宣布,通过植入式电极阵列和人工智能的帮助,这名男子部分恢复了说话能力。

在一场长达三小时的手术中,科学家们打开了该男子的头骨,并在其负责语音处理的神经区域——感觉运动皮层上放置了一个由128个电极组成的阵列。在缝合前,他们将这些电极连接到一个从参与者头部伸出的接口,通过一根可拆卸的电缆将电极信号发送到计算机。

Illustration showing placement of the eCOG electrode on the participant’s speech motor cortex and the head stages used to connect the electrode to the computer.
示意图显示了eCOG电极在参与者言语运动皮层上的放置位置以及用于将电极连接到计算机的头部信号放大器。 Ken Probst, UCSF

根据《纽约时报》的报道,这名昵称为Pancho的男子在思考词语时,大脑的沟通中心会激活,电极会检测到这些信号。在81周内进行的50次会话中,Pancho在连接人工智能界面的情况下,反复练习了一系列常用词语。科学家们训练了一个深度学习模型,使其能够适应Pancho的神经模式,并将这些模式与他想要表达的词语匹配起来。通过这个系统,Pancho能够表达的不仅仅是“是”和“否”。他能够说出“他们要出去了”和“请把我的眼镜拿来”之类的句子。

但该算法并不完美,有时在区分发音相似的词语时会出现问题。例如,“你好吗?”变成了“饿了,我吗?”。因此,研究团队创建了第二个人工智能,该人工智能模拟了自然语言。这种AI考虑到了语法等因素,根据语言规则以及某些词语跟随其他词语的可能性来预测和解码句子。总而言之,这些模型能够成功解码Pancho 75%的词语。这项前所未有的科学壮举发表在《新英格兰医学杂志》上。

研究开始时,Pancho已经超过十年没有说过话了。经过这么长时间的废弃,研究人员不确定他的大脑是否还保留着说话的机制和神经回路。

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加州大学旧金山分校神经外科主任兼首席研究员Edward Chang告诉NPR:“我们不知道15年后大脑中的说话指令是否仍然有效。““即使我们能唤醒那些沉睡的言语脑信号,我们能否将它们转化为完整的词语?”

幸运的是,Pancho的说话回路完好无损。当然,他目前每分钟只能说15到18个词(远低于普通人每分钟125到150个词的语速),但团队有信心他们可以改进系统,使其更快、更准确,并最终实现无线化。

Pancho通过电子邮件告诉《纽约时报》:“对我来说,这种新的沟通和被理解的方式是‘改变人生的经历’。““不能与任何人交流,进行正常的对话,以任何方式表达自己,这是毁灭性的,非常难以忍受……这很像是获得了第二次说话的机会。”

 

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Hannah Seo

特约撰稿人,科学

Hannah Seo 是 Popular Science 的科学撰稿人。她于 2020 年以实习生身份加入,此后一直为 Popular Science 的网站和季度杂志定期投稿。Hannah 的报道涵盖了从 COVID-19 到罕见的考古发现等各种主题,她总是乐于讨论奇特的海洋生物或神经心理学的奥秘。


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