瘫痪失语18年后重新“说话”！NEJM发表脑机接口突破

来源： 医学新视点　 每年有成千上万的人因中风、意外或疾病而失去说话能力，这对于患者来说可能是一场巨大的灾难。近年来，脑机接口、人工智能等科学技术的发展为这些患者带来了重新发声交流的希望。近日，《新英格兰医学杂志》（NEJM）发表了一项重磅研究，研究人员开发出了一种神经假体（neuroprosthetic）装置，成功地将一名瘫痪男子的脑电波“翻译”成了完整的句子。该研究可能会改变患者的生活，让患者获得第二次说话的机会。 研究受试者是一名右利手男性，研究开始时36岁。他在20岁时发生了中风，这导致了严重的痉挛性四肢瘫痪和构音不全（经语言病理学家和神经科医师确认），后者让他无法清晰地说话。他可以发出咕哝声和呻吟声，但不能发出可理解的语言。他的认知功能完好，头部、颈部和四肢运动极为有限，平时只能通过控制辅助计算机的打字接口与人沟通，他的打字速度约为每分钟5个正确单词或18个正确字符。 研究者通过开颅术在患者的感觉运动皮质区域植入电极（电极阵列置于硬膜下隙内的软脑膜表面）。电极植入后缝合硬脑膜，替换颅骨瓣。经皮连接器放置在对侧颅骨外凸处并固定在颅骨上。经过一系列数字信号处理系统，该经皮连接器可将皮质信号从植入的电极阵列传输到计算机。 ▲显示屏将一段话呈现给受试者，受试者会尝试使用词汇库（包含50个单词）中的单词进行回答。同时，皮质信号由电极阵列从脑部表面采集，并被实时处理。(图片来源：参考文献[1]) 在为期81周的多次测试中，研究者记录了受试者想说单词或句子时的神经活动。然后利用收集的神经活动数据来实时解码单词，用自然语言建模来解码句子。经过反复测试建立的词库，共包含了对患者日常生活至关重要的50个单词。 为了测试该效果，研究者将结果反馈在电脑屏幕上（如上图）。例如，研究者问“你今天怎么样？”或“你要喝点水吗？”受试者能够回答“我非常好”或“不，我不渴”等。 结果发现，研究者根据受试者的皮质活动实时解码句子，中位解码速度为每分钟15.2个单词，单词中位错误率为25.6%。这意味着每4个单词中约有3个被成功解码。在事后分析中，在受试者尝试说出单个单词时，研究者对此神经活动的检出率高达98%，并且使用的皮质信号，以47.1%的准确度对单词作出分类。 论文中，研究者指出，语言解码方法通常在单词错误率降至30%以下之后即可发挥作用，而且植入装置记录的信号，在研究期间都很稳定，无需频繁重复较对即可成功解码单词。 作者得出结论，对于这名中风导致的瘫痪合并构音不全患者，通过机器学习和自然语言建模，可以在患者尝试讲话时，根据神经系统植入装置采集的大脑皮质活动实时解码单词和句子。 注：原文有删减 参考文献： [1] Moses, D. A., Metzger, S. L., Liu, J. R., Anumanchipalli, G. K., Makin, J. G., Sun, P. F., ... &Chang, E. F. (2021). Neuroprosthesis for Decoding Speech in a Paralyzed Person with Anarthria. New England Journal of Medicine, 385(3), 217-227. [2] A Paralyzed Man's Brain Waves Converted to Speech in a World-First Breakthrough. Retrieved 16 JULY 2021, from https://www.sciencealert.com/scientists-have-converted-a-paralyzed-man-s-brain-waves-to-speech