新开发的植入物可利用大脑信号解码人们想要表达的意思

新开发的植入物可利用大脑信号解码人们想要表达的意思丧失交流能力可能是肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)等使人衰弱的神经退行性疾病的副作用之一,在这种疾病中,认知功能得以保留,但控制语言的肌肉却变得脆弱而紧绷。恢复交流的一种解决方案是直接解码来自大脑运动皮层的信号,从而触发肌肉按照特定顺序运动,发出不同的声音。美国杜克大学的研究人员开发了一种大脑植入物,利用高分辨率的神经记录解码人的大脑信号,将其转化为人想要说的话。这项研究的通讯作者之一格雷戈里-科根(GregoryCogan)说:"有很多患者都患有使人衰弱的运动障碍,如ALS(肌萎缩侧索硬化症)或锁闭综合征,这些都会影响他们的说话能力。但是,目前能让他们进行交流的工具一般都非常缓慢和繁琐"。目前,最佳语音解码速度约为每分钟78个单词,而我们说话的速度约为每分钟150个单词。这种滞后一般归因于所使用的大脑活动传感器的数量;传感器数量越少,意味着可解码的信息越少。为了改进现有设备,研究人员将256个微型大脑传感器装在了一块邮票大小的医用柔性塑料上,这意味着该设备能够以更高的空间分辨率获取更高质量的神经信号。尽管神经元之间的距离很近,但在协调言语时,相距仅几微米的神经元却会有截然不同的活动模式。要准确预测一个人想说什么,就必须区分来自相邻脑细胞的信号。与其他设备相比(左图),杜克大学的设备拥有两倍多的传感器,而且体积更小DanVahaba/DukeUniversity随后,研究人员需要对植入物进行测试,他们招募了四名正在接受脑部手术治疗帕金森病或切除肿瘤的患者,并短暂中断了他们的手术,以便在他们身上使用这种植入物。任务很简单。参与者听到一系列无意义的单词,如"ava"、"kug"或"vip",然后大声说出每一个单词。当患者的运动皮层协调近100块肌肉运动嘴唇、舌头、下巴和声带(喉咙)时,植入体记录下了这些肌肉的活动。然后,这些数据被输入机器学习算法,看它能否仅根据大脑活动记录就准确预测出发出的声音。对于某些声音和参与者,比如"gak"中的"g",当它是组成一个特定无意义单词的三个音串中的第一个音时,解码器有84%的正确率。当解码器解析单词中间或末尾的音时,准确率就会下降;如果两个音相似,如"p"和"b",准确率就会下降。总的来说,解码器的准确率为40%。虽然这听起来并不特别令人印象深刻,但研究人员指出,该算法只使用了15分钟测试中的90秒口语数据。研究人员将继续提高该设备的准确性和解码速度,并利用美国国立卫生研究院(NIH)的资助,开发无线版本。科根说:"我们现在正在开发同类记录设备,但不需要任何电线。患者可以四处走动,也不必被束缚在电源插座上,这真的很令人兴奋"。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395301.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1395301.htm

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