一项最新研究表明，在人工智能技术的加持下，脑机接口技术取得重大进展。
加州大学戴维斯分校医生为一位肌萎缩性侧索硬化症（ALS）患者Casey Harrell的脑部外层植入了电极，破译他想说的话。研究人员发现，治疗结果超出了预期，为植入式语言解码器（implanted speech decoder）设定了新的标杆，并展示了这些设备对有语言障碍的人潜在的强大作用。
ALS是一种影响神经系统的进行性神经退行性疾病。它影响控制自愿肌肉运动的神经细胞（运动神经元），导致肌肉逐渐衰弱和萎缩，最终使患者失去行走、说话、吞咽甚至呼吸的能力。随着疾病的发展，控制说话和吞咽的肌肉逐渐受损，导致说话含糊不清，而且手部肌肉的无力和萎缩也让患者难以用文字表达自己，最终导致言语能力退化。
媒体报道，Harrell的治疗团队通过手术在他大脑的外层植入了四个电极阵列，这些阵列看起来像微小的钉床。这比之前在另一项研究中对ALS患者语言区域植入的数量多了一倍。每个阵列的64个探针捕捉到了Harrell试图移动嘴唇、下巴和舌头说话时，神经元发出的电信号。
手术后三周，研究者成功将植入设备通过连接到Harrell头骨上两个金属柱子的连接线，连接到一排计算机上。
仅仅在计算机短暂地学习了Harrell的讲话后，这套装置就开始以99.6%的准确率记录他想通过50个词汇表达的内容。
研究者表示，这套设备实际上是绕过了Harrell的疾病，不依赖于他衰弱的面部肌肉，而是依赖于他大脑运动皮层中最初制定说话指令的部分。
“关键创新在于将更多的阵列，非常精确地瞄准到了我们能找到的最能表达语言的脑区，”加州大学戴维斯分校的神经科学家Sergey Stavisky说，他是这项研究的主要领导者之一。
而在试验的第二天，设备已经能够以90%的准确率覆盖125,000个词汇，并且首次生成了Harrell自己编写的句子。而且，该设备用一种非常像他自己声音的声音说出了这些句子：研究人员使用播客采访和其他旧录音，使用AI深度模仿了Harrell在患病之前的声音。
随着研究者们继续训练设备以识别他的声音，设备表现得越来越好。 研究报告称，在八个月的时间里，Harrell共说出了近6,000个不同的词汇。设备的准确率保持在97.5%。
这一成绩超过了许多转录讲话手机应用程序的准确率。这也标志着比之前的研究有了进步，因为以前的研究中，植入物的准确率约为75%，每四个词中就有一个可能被误解。
而且，与马斯克的脑机接口Neuralink设备帮助人们在屏幕上移动光标不同，Harrell的植入物使他能够探索无限大和更复杂的言语领域，研究人员表示，这是一个可以让患者每天用来与家人朋友交流的系统。
研究人员说，这一成就部分得益于像ChatGPT这样的语言工具所使用的人工智能模型。 在任何给定时刻，Harrell的植入物会拾取一组神经元的活动，将它们的发射模式翻译成元音或辅音的声音单位。然后，计算机将一串这样的声音聚合成一个词，并将一串词聚合成一个句子，选择它们认为最有可能与Harrell试图说的内容相符的输出。
不过，是否同样的植入物对更严重瘫痪的患者也同样有帮助尚不清楚。因为，Harrell的言语能力虽然已经退化，但并没有消失。而且，尽管这套技术作用显著，但成本昂贵的同时绝大多数保险无法覆盖，普通人无法负担。
脑机接口之ECoG电极（一）
脑机接口技术在治疗脊髓损伤领域展现出巨大的潜力，特别是通过ECoG电极的应用，为患者带来了新的希望。 在面对全球数百万脊髓损伤患者，特别是中国300万深受其苦的群体时，ECoG电极的介入无疑是一场革命性的突破。 这种疗法通过无痛地捕捉大脑信号，将其转化为脊髓能够理解的语言，从而激活运动神经系统，帮助患者重拾行走的力量。 对于符合条件的38岁颈椎损伤患者，植入脑-脊柱接口（BSI）系统是关键。 这个系统的核心是无线植入的ECoG电极阵列，它由硅酮-铂材料构成，设计精良，低杨氏模量使其柔软贴合大脑皮层，确保长期稳定的体内应用。 这个阵列包含64个记录电极和3个参考电极，实现了工业级的精细生产和标准化。 电路设计是技术的灵魂，文章重点介绍了ASIC电路，如MicroSemi ZL，它的低噪声特性（小于0.7微伏根均方）使得信号捕获更为精确。 CINESIC32 ASIC放大器则凭借其低功耗、低噪声的特性，支持32个通道，提供可调节的增益和频率选项。 采用先进的0.35微米CMOS工艺，其设计不仅考虑到信号特性，还实现了体外的高效信号处理。 无线供电技术是设备不可或缺的一部分，通过低功率设计，有效地降低了电池相关的困扰，确保了设备的长寿命和便捷性。 设备被精心封装在密封的钛壳中，通过氦泄漏测试，确保植入过程的安全无虞。 为了保护患者组织不受损害，系统还注重热管理，维持温度在2°C以下，避免可能的热点和组织损伤。 总的来说，ECoG电极的出现，不仅代表着科技与医学的结合，更预示着对脊髓损伤治疗的重大进展。 通过精心设计的电路和严谨的植入技术，我们看到了一个有望改变患者生活的新篇章正在缓缓展开。
马斯克是如何展示脑机接口新进展的？
1. 马斯克通过直播向公众展示了他在脑机接口领域的最新进展。 2. 他的公司Neuralink专注于脑机接口技术，通过将电极植入大脑来实现与外部电脑的通信。 3. 在直播中，马斯克用“Fitbit in your skull”来形容这项技术，使人们更容易理解。 4. 马斯克展示了一项无线连接大脑和电脑的技术，并通过直播展示了一头猪执行嗅探动作的清晰画面。 5. 这次展示相较于以往有了显著进步，标志着Neuralink在脑机接口领域取得了重大成就。 6. 尽管离实际应用还有距离，但马斯克表示他们将继续创新，并已获得美国相关部门批准进行下一步测试。 7. 在直播中，马斯克展示了第二代产品，一个更小巧的智能设备，其描述为像缠绕在头盖骨上的细金属丝。 8. 尽管展示的只是一头猪的实验结果，但这显示了Neuralink正在不断进步，朝着实现更广泛应用的目标前进。
脑机接口如何通过手写恢复瘫痪患者的交流能力？
脑力书写：解锁大脑通信的新可能科技前沿再次刷新了界限，科学家们研发出一项革命性的脑机接口（BCI）系统，旨在通过古老却强大的交流方式——手写，为脊髓损伤和神经系统疾病患者如肌萎缩侧索硬化症（ALS）的交流能力带来突破。 这项发表在《自然》杂志上的研究，由美国国立卫生研究院（NIH）资助，借助BRAIN计划和NINDS、NIDCD的共同支持，标志着神经技术的一大进步。
研究人员聚焦于大脑中负责精细运动的区域，通过植入的电极阵列，他们记录了参与者在想象手写每个字母时产生的独特脑电信号。 这项技术在一名瘫痪患者身上展现出显著优势，其BCI系统不仅能更准确、高效地识别神经模式，还能让患者无需手动操作，实现快速打字交流。
“这项研究标志着BCI和机器学习技术的一个重要里程碑，它揭示了大脑如何控制复杂的沟通过程，”NIH BRAIN Initiative 主任 John Ngai 博士强调，“这些进展为改善神经损伤患者的生活质量提供了坚实基础。”
即使在脊髓损伤导致运动受限的情况下，大脑的这部分功能并未丧失。 利用类似技术，BCI已能通过机械臂等设备恢复运动控制。 正如Howard Hughes医学研究所的Krishna Shenoy博士所言：“恢复丧失的独立性，让人们能与他人及设备无缝互动，是这项研究的核心目标。 ”
参与者通过复制屏幕上展示的字母，如26个小写字母和特定符号，训练BCI识别特定神经模式。 经过训练，他们能够实时“书写”句子，速度达到每分钟约90个字符，接近智能手机打字的水平。 这种灵活性为恢复沟通能力带来了关键突破。
Shenoy博士团队计划将这项技术扩展到更多领域，包括为晚期ALS患者测试直接书写功能，以及增加字符选项，如大写字母和数字。 BrainGate2临床试验，这一国际性合作项目，正致力于将BCI技术推向新的高度，连接人的大脑与计算机，为更多瘫痪者打开沟通的大门。
“沟通是社会互动的核心，”NIDCD主任Debara L. Tuch博士指出，“对于语言和身体障碍者，这是一项至关重要的进展，它可能打破孤立，提升他们的生活质量。”
随着技术的不断演进，Shenoy博士团队的创新正在重塑我们对大脑潜力的认知，为那些曾经难以言说的群体带来了希望。 未来，我们期待BCI技术在更多领域展现其力量，解锁人类沟通的新可能。
