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大富左(昨)天刚弄完玉米棒子。他偶尔真唱两句 ,贵棋歌词里,情与爱萦萦绕绕 。吴劲松分析说,大富脑机接口的目的不是把人打造成科学怪物,而是希望通过科技手段帮人类应对疑难杂症。

贵棋这些病人未来可能是脑机接口技术的受益人群 。2021年2月,大富吴劲松曾与张复伦在《自然通讯》上合发过一篇一项跨语言的比较研究 。同时,贵棋如果设备失效 ,还可能造成漏电等现象。另一方面,大富目前,FDA仅批准脑机接口用于探索性的个体病例数据的采集 。

一方面 ,针对不同音素 、字词 、句法 、语义 ,大脑会产生对应电活动,如何将这些电信号准确编码出来 ,难度不小。加州大学旧金山分校团队在患者大脑皮层表面放置了一个像纸一样薄的矩形阵列 ,共包括253个电极,放置在与口面部运动相关的皮层区域上 。

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接近正常说话语速两个研究团队各自与一名志愿者合作,斯坦福大学研究的志愿者是现年68岁的帕特·贝内特  。大脑是密闭空间 ,如果植入的电极发生错位,就无法获得准确的信号 。他是前述斯坦福大学团队研究的主要作者。首先,两名参与者仍可以在一定程度上移动他们的面部肌肉并发出微弱的声音,因此还要更多研究证明 ,其对没有任何运动能力的患者疗效如何 ,比如晚期渐冻症患者。

柔性电极同样面临着力学稳定性不高的瓶颈。训练内容中涉及由1024个单词构成的不同短语,直到计算机识别出与所有基本语音相关的大脑活动模式 。患者的平均语速约为60~80个单词/分钟,几乎是正常对话速度的一半,但比之前脑机接口成果的速度至少快三倍 。研究中 ,安与团队一起训练系统中的人工智能算法 ,识别与音素相关的大脑信号。

复旦大学附属华山医院神经内科主任医师郁金泰向《中国新闻周刊》表示,他在临床上遇到的失语病人非常多。相较而言,侵入式的脑机接口 ,能采集更高质量的脑电信号 ,有助于后续解码、信号处理 。

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复旦大学光电研究院研究员宋恩名告诉《中国新闻周刊》,这两项研究都属于侵入式的脑机接口,斯坦福大学团队的属于全侵入式 ,加州大学旧金山分校团队属于半侵入式 。他根据流行病学调查数据推测,国内无法通过传统康复手段恢复的失语人群,共约800万人。

图/斯坦福大学赫夫表示 ,据他了解,两项研究中的电极已植入患者大脑中几年时间 ,似乎仍然可以接收信号。距离大规模应用仍有距离吴劲松团队曾做过一项调研,现阶段,中国因为各种神经系统疾病导致的失语症人群数量,每年新增近100万左右  ,包括渐冻症患者 ,脑卒中 、脑肿瘤患者,以及车祸导致的高位截瘫病人 、脑干损伤导致的失语人群等。两者截取的大脑信号类型和信号密度不一样 。吴劲松表示,国外有研究证明,在大脑皮层内长期植入电极后  ,会造成植入区域局部疤痕的形成,降低神经信号的提取效率 。文章指出,迄今为止,全球约有50名不同程度的瘫痪患者被植入脑机接口,以实现交流 。在吴劲松看来 ,脑机接口硬件方面其实国内不乏亮点进展,例如柔性高密度皮层电极以及分辨率可达单神经元的皮层内植入电极,和国外差距没那么大。

下一步会在其他不同程度瘫痪的患者身上验证这些解码方法,例如完全闭锁的ALS患者 。对于语言脑机接口的研究 ,不应仅仅停留在语言功能的康复上,更应该通过语言 ,来理解人类的思维、意识本质。

安与研究团队一起训练人工智能算法,使其能够识别与音素相关的大脑信号。红杉中国  、鼎晖投资 、蓝驰创投等创投机构近年均在脑机接口赛道出手投资 ,行业中也涌现出脑虎科技、臻泰智能等热门公司  。

两项研究在植入物的设计上存在着显著差异 。8月23日,与两项研究同步 ,《自然》杂志还发布了一篇社论 。

每个阵列包含64个电极,共128个微电极 。植入贝内特大脑皮层的传感器是微小硅电极的方形阵列。张复伦团队已经公布了复制该研究主要发现的相关代码,一旦步入商业化轨道,推向市场的脚步不会很慢 ,当前已经有很多资本在跟投 。据斯坦福大学医学院8月23日报道 ,去年3月29日,贝内特大脑表面的两个不同区域被分别放置了一个微型传感器,这两个区域都与语言产生有关。

另一方面,目前 ,在语言神经机制的基础研究上 ,仍有很多空白的地方。图/加州大学音素是形成口语的语音子单位。

宋恩名表示 ,这两项研究前,脑机接口大多是头盔式的设备,这类脑机接口不容易捕捉到大脑电信号,因为人的颅骨就相当于信号屏蔽网,很多高级信号传不出来  ,也很难区分 、筛选有用的信号。8月23日 ,《自然》杂志发布的两篇研究表明 ,两名因严重瘫痪而无法说话的患者通过采用侵入式脑机接口(BCI),能以前所未有的准确性和语速与他人进行交流。

宋恩名认为 ,对于柔性脑机接口产品而言,迫切需要长期稳定的封装策略 。这段对话发生在美国加州大学旧金山分校研究团队成员,与因瘫痪无法清晰发声的患者安之间 。

犹他阵列由硅制成,用于脑皮层内植入 ,已获得美国食品药品监督管理局(FDA)的商业许可。研究人员创建了定制的机器学习流程 ,使该软件能够与安试图说话时大脑发出的信号相结合 ,并将这些信号转换成其脸部的动作 。此外,这些系统对于护理人员来说仍太复杂 ,更无法在没有大量培训和维护的情况下,在家庭环境中操作。吴劲松表示 ,随着这些设备变得更小 、更安全 、成本更低 ,它们的商业化前景一定会更好 。

安是加州大学旧金山分校一项研究的志愿者 ,今年47岁。此次研究中,张复伦团队放置在患者大脑表层的电极片,覆盖整个大脑中央叶的腹侧部,还包括颞上回及颞横回,即听觉中枢 ,基本上覆盖了语言的输出 、听觉、理解区域,使得采集的信号更丰富。

复旦大学附属华山医院神经外科副主任、中国神经科学学会脑机接口与交互分会副主任委员吴劲松告诉《中国新闻周刊》,在脑机接口领域 ,这两项研究的团队近年来一直齐头并进 ,这次同时发布的研究相当于对其此前一系列工作成果的阶段性总结。然而,在汉语言神经机制的理论研究方面 ,比如涉及到神经电活动的编码机制、解码算法等,和国外差距较大。

在吴劲松看来 ,相对有创的侵入式脑机接口,无创方式提取到的脑电信号太粗略 ,该信号通过颅骨、头皮 、头发等部位时会出现一系列衰减,精准度低 。两项研究相互独立 ,分别来自美国斯坦福大学团队和加州大学旧金山分校团队。

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