“大腦機(jī)器界面”模型及語言合成流程

    據(jù)美國媒體報(bào)道，近日，美國科學(xué)家發(fā)明了一種可以實(shí)時(shí)翻譯大腦信號(hào)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(hào)，外部的語言合成器可以實(shí)時(shí)接收大腦信號(hào)并將其翻譯成人類語言。目前，基于這項(xiàng)技術(shù)的“大腦機(jī)器界面”已經(jīng)在一位閉鎖綜合癥患者身上取得實(shí)驗(yàn)成功。

    據(jù)科學(xué)家介紹，利用這項(xiàng)技術(shù)，“思想變語言”的過程僅僅需要50毫秒，這個(gè)時(shí)間量恰好與神經(jīng)正常的人用語言表達(dá)自己的思想時(shí)反應(yīng)時(shí)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(shí)對(duì)外部的語音設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。對(duì)于那些因?yàn)樯窠?jīng)受損而失去控制能力的人來說，這項(xiàng)成果將是他們的福音。

    該項(xiàng)研究由美國波士頓大學(xué)科學(xué)家弗蘭克-古恩特爾領(lǐng)導(dǎo)實(shí)施，波士頓大學(xué)感知與神經(jīng)系統(tǒng)系、健康與復(fù)原科學(xué)學(xué)院、哈佛-麻省理工學(xué)院衛(wèi)生科學(xué)與技術(shù)部的科學(xué)家們共同參與了這項(xiàng)研究。這項(xiàng)研究成果將發(fā)表于美國《公共科學(xué)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(jī)器界面’的用戶可以直接控制語言輸出，比使用相對(duì)較慢的打字過程要好得多。”

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

    五年前，科學(xué)家將一個(gè)電極置入患者的大腦內(nèi)部，大約位于與語言相關(guān)的運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮層和運(yùn)動(dòng)皮層之間。此后，神經(jīng)突開始生長至電極上。三四個(gè)月后，神經(jīng)突在電極上產(chǎn)生了信號(hào)。三年后，研究人員開始測試“大腦機(jī)器界面”，準(zhǔn)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(fēng)險(xiǎn)。

    電極將神經(jīng)信號(hào)擴(kuò)大并轉(zhuǎn)化為無線電信號(hào)。在患者的頭部貼有兩片薄片，這兩片薄片起到信號(hào)接收天線的作用。當(dāng)大腦內(nèi)的無線電信號(hào)向外發(fā)送時(shí)，頭皮上的接收天線就可實(shí)現(xiàn)及時(shí)接收并將這些信號(hào)傳送到電生理學(xué)記錄系統(tǒng)中。記錄系統(tǒng)將信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換并分類。分類后的數(shù)據(jù)被輸入一個(gè)神經(jīng)信號(hào)解碼器中進(jìn)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(xué)家們僅僅是實(shí)驗(yàn)了元音字母。整個(gè)過程平均花費(fèi)時(shí)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(rèn)為隨著該系統(tǒng)的逐步完善，不久的將來可能會(huì)實(shí)現(xiàn)連貫的語音產(chǎn)品。古恩特爾表示，“我們當(dāng)前的計(jì)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。”