“大腦機器界面”模型及語言合成流程

    據美國媒體報道，近日，美國科學家發明了一種可以實時翻譯大腦信號的技術，置入大腦內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，基于這項技術的“大腦機器界面”已經在一位閉鎖綜合癥患者身上取得實驗成功。

    據科學家介紹，利用這項技術，“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正常的人用語言表達自己的思想時反應時間相同。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備進行實時控制。對于那些因為神經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-古恩特爾領導實施，波士頓大學感知與神經系統系、健康與復原科學學院、哈佛-麻省理工學院衛生科學與技術部的科學家們共同參與了這項研究。這項研究成果將發表于美國《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應用于一位26歲的閉鎖綜合癥患者身上進行實驗。該患者在16歲時曾經有過一次腦干中風，這次腦干中風造成患者的運動神經元受到損傷。運動神經元主要是用于執行人體的行為和動作。運動神經元受損意味著患者可能會出現肢體麻痹、肌肉萎縮，甚至癱瘓等嚴重問題。除了眼睛可以上下運動外，這位患者已經出現了全身麻痹癥狀。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部，大約位于與語言相關的運動前區皮層和運動皮層之間。此后，神經突開始生長至電極上。三四個月后，神經突在電極上產生了信號。三年后，研究人員開始測試“大腦機器界面”，準備合成語音產品。由于該系統是基于遙感技術的，因此不需要電線或傳感器連接到患者皮膚之內，這也排除了感染的風險。

    電極將神經信號擴大并轉化為無線電信號。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。當大腦內的無線電信號向外發送時，頭皮上的接收天線就可實現及時接收并將這些信號傳送到電生理學記錄系統中。記錄系統將信號進行數字化轉換并分類。分類后的數據被輸入一個神經信號解碼器中進行解碼。然后，解碼后的結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的逐步完善，不久的將來可能會實現連貫的語音產品。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。”