“大腦機器界面”模型及語言合成流程

　　據(jù)美國媒體報道，近日，美國科學家發(fā)明了一種可以實時翻譯大腦信號的技術(shù)，置入大腦內(nèi)部的裝置以無線的方式向外傳送大腦信號，外部的語言合成器可以實時接收大腦信號并將其翻譯成人類語言。目前，基于這項技術(shù)的“大腦機器界面”已經(jīng)在一位閉鎖綜合癥患者身上取得實驗成功。

　　據(jù)科學家介紹，利用這項技術(shù)，“思想變語言”的過程僅僅需要50毫秒，這個時間量恰好與神經(jīng)正常的人用語言表達自己的思想時反應(yīng)時間相同。這一研究成果首次成功地證明，可以在人類大腦中置入無線裝置，通過大腦意識對外部的語音設(shè)備進行實時控制。對于那些因為神經(jīng)受損而失去控制能力的人來說，這項成果將是他們的福音。

　　該項研究由美國波士頓大學科學家弗蘭克-古恩特爾領(lǐng)導(dǎo)實施，波士頓大學感知與神經(jīng)系統(tǒng)系、健康與復(fù)原科學學院、哈佛-麻省理工學院衛(wèi)生科學與技術(shù)部的科學家們共同參與了這項研究。這項研究成果將發(fā)表于美國《公共科學圖書館?綜合》雜志上。

　　古恩特爾介紹說，“我們的研究成果表明，‘大腦機器界面’的用戶可以直接控制語言輸出，比使用相對較慢的打字過程要好得多。”

　　科學家們將這項技術(shù)應(yīng)用于一位26歲的閉鎖綜合癥患者身上進行實驗。該患者在16歲時曾經(jīng)有過一次腦干中風，這次腦干中風造成患者的運動神經(jīng)元受到損傷。運動神經(jīng)元主要是用于執(zhí)行人體的行為和動作。運動神經(jīng)元受損意味著患者可能會出現(xiàn)肢體麻痹、肌肉萎縮，甚至癱瘓等嚴重問題。除了眼睛可以上下運動外，這位患者已經(jīng)出現(xiàn)了全身麻痹癥狀。不過，他的意識是清醒的，這種情況就是所謂的“閉鎖綜合癥”，即意識清醒，但不能說話、不能活動。

　　五年前，科學家將一個電極置入患者的大腦內(nèi)部，大約位于與語言相關(guān)的運動前區(qū)皮層和運動皮層之間。此后，神經(jīng)突開始生長至電極上。三四個月后，神經(jīng)突在電極上產(chǎn)生了信號。三年后，研究人員開始測試“大腦機器界面”，準備合成語音產(chǎn)品。由于該系統(tǒng)是基于遙感技術(shù)的，因此不需要電線或傳感器連接到患者皮膚之內(nèi)，這也排除了感染的風險。

　　電極將神經(jīng)信號擴大并轉(zhuǎn)化為無線電信號。在患者的頭部貼有兩片薄片，這兩片薄片起到信號接收天線的作用。當大腦內(nèi)的無線電信號向外發(fā)送時，頭皮上的接收天線就可實現(xiàn)及時接收并將這些信號傳送到電生理學記錄系統(tǒng)中。記錄系統(tǒng)將信號進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換并分類。分類后的數(shù)據(jù)被輸入一個神經(jīng)信號解碼器中進行解碼。然后，解碼后的結(jié)果再輸入到語言合成器中。最后，由語言合成器生成人類的語言。目前，科學家們僅僅是實驗了元音字母。整個過程平均花費時間僅為50毫秒。

　　盡管目前的研究成果只是合成了一小部分元音，但是研究人員認為隨著該系統(tǒng)的逐步完善，不久的將來可能會實現(xiàn)連貫的語音產(chǎn)品。古恩特爾表示，“我們當前的計劃就是盡快研制一種新的語言合成器，合成更多的連貫語音。”