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用意念能打字?神经外科居然把这实现了!

更新时间:2020-12-30 19:07:17

  近,美国医疗媒体STAT报道了一例特殊的外科手术——一名神经外科医生给一名癫痫患者植入电极的时候,顺便还植入了一套“思维翻译”设备(当然,事先获得了患者的同意),然后测试这套设备能不能实现”用意念打字“这个很科幻的功能……

  结果是:能。

  事情的起因是这样,有一群来自美国哥伦比亚大学的神经科学研究者,立志帮助那些全身瘫痪无法开口说话的患者重新获得与人交流的能力,但是许多瘫痪病人无法说话的问题很复杂,包括已经发生退行性病变的神经无法修复这样的难题。

  他们的思路是绕过“修复”,“既然修复很难,那就不要修复”,控制“发音”的神经和肌肉坏掉了,但脑神经还是好的,“那不如直接用脑神经来说话”。

  循着这种思路,他们设计出了一套设备,这套设备能够采集我们大脑“语言生成功能”的信息,通过一段时间的“监听”,对我们的脑活动进行学习和分析,终实现将大脑的语言活动信号“翻译”成我们日常交流的用语。

  美中不足的是,现阶段,实现上述流程,必须要“深入”人类的脑壳,掀开头盖骨……

  这就是我们外科医生登场的时候了。

  负责在这一项目中主刀的神经外科医生叫Ashesh Mehta,是一位MD和PhD双料博士,毕业于阿尔伯特爱因斯坦医学院。

  因为一般来说,没有人会为了测试“用脑子说话”这种事而特意去做开颅手术。所以Mehta医生选择和本来就需要开颅和植入电极的癫痫患者进行沟通,后,还真有5名患者同意了这种“来都来了”的操作,愿意医生在治疗癫痫的同时,帮他们植入一些“思维-语言”转化设备,用于试验测试。

  这项由患者、神外医生、神经研究者、AI工程师、电子工程师一起完成的试验,近公布了论文全文——

  论文原文,由于还没有完成同行评议,还没正式发表

  论文显示,为了确认这套设备的运转效果,研究者设计了下面这样的验证回路:

  声音-大脑接收-大脑输出-机器监测、收集、学习、输出-研究者检验机器输出成果与原始声音的差异

 

研究者设计的转化-验证流程,为了寻找优的辨识方案,他们在输出端设计了四种不同模式

  研究者首先选择特定的朗读者,向大脑中安装了“监控”设备的患者朗读特定内容,然后随机停顿,让患者在脑海中重复自己刚刚听到的后一句话,同时AI设备收集这时候的大脑活动信息,将其转化为语言。

  “相当于把意大利语的说明书翻译成英语,再从英语翻译成日语,再从日语翻译回意大利语。”

  尽管这么麻烦的“多次翻译”不可避免的会与原始版本不同,但结果显示,表现好的设备成功保留了大部分输入的信息并将其转化成了语音——

  图中A 为声音图谱,上方是原始朗读者的声音,下面四个是听者在脑袋里默念的“声音”。

B为原始声音与默念“声音”的音频分析

  之所以搞得这么复杂,又要朗读又要听又要脑内复述,而不是让受试者自己在“心里”随便想一句话,是因为研究者想做的,其实远远不止“用意念打字”这么简单,他们不仅让受试者的“脑中默念”变成了声音,还企图还原这个声音的“特质”,比如声音的“性别”……

  后一项就是对“脑中声音”的性别辨识和复原程度的检验统计

  这意味着,如果这项技术走向成熟,我们终能用意念输出我们用自己的声带发不出来的声音……

  值得一提的是,“用意念打字”并非只有医疗界感兴趣,某些互联网公司也正在展开这一领域的研究……

  F

ACEBOOK发布会,屏幕上的文字是“如果您能直接用大脑打字会怎样?”

  去年,著名互联网公司Facebook,在麻省理工大学举办的一场神经学方面的会议上,提出了“用意念打字”这个概念,并称该公司的科技研发项目当中,正有此项。

  当时,Facebook提出的目标是,“实现1分钟内用意念输入100个单词“。之所以选择这个目标,是因为项目负责人Mark Chevillet认为,这是人类的普通语速。

  Mark Chevillet原本是约翰霍普金斯大学应用神经科学的项目经理,同时兼任该校神经科学和认知科学的研究助理教授,也是该校的另外两家下属研究所占有一席之地……他长长的简历背后,还有不少神经科学方面的论文……总之,是个“业内人士”。

  Chevillet在Facebook的团队目前正在做两件事:一是集中注意力研发一套不需要开刀的外置设备,用来读取和解码神经信号——相当于前面研究中外科医生在患者脑子里植入的电极;二是加大力度研究大脑在语言和说话方面的功能机制,以便更好的解码。

  目前Facebook对具体的研发工作完全保密,有神经专科医生猜测,也许他们正在做一种从未有过的全新设备。因为迄今为止,唯一能够测量大脑活动信号的外置设备还是依赖EEG原理,但是EEG无法测量某一特定区域的信号,更不要说外置设备无法解决测试电极的深度问题……

  关于电极深度的问题,近的另一项研究就是一个很好的例子,前几天,Science报道了一项让盲人用大脑直接“看见”的新型手术疗法——

  这项手术的方案和思路与“意念说话”类似,可以说是“意念看字”。

  研究者并不直接去治好失明患者的眼睛,而是绕过眼睛,让患者直接用大脑来“看”。

  他们通过在患者的大脑视觉皮层植入电极,然后把外界的视觉信息编码化,变成电信号传导到患者的大脑中,让患者能在脑中直接“看见”外界的视觉信息。

  失明患者正在画出自己在脑中“看到”的东西,虚线部分是一个可佩戴的信号转换器

  在这项研究中,外科医生注意到,电极的植入深度会影响外界影像的传递效果。

  目前,这项研究还只是能传递简单的字符和形状,但研究者的目标是,终通过智能手持设备的摄像头,失明患者能用脑“看见”摄像头“看到”的一切。

  不管是“意念打字”,还是“闭眼看书”,小目标还是要有的……您看,这不都实现了吗。

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