特拉维夫科学家利用思维能力为瘫痪病人实现人工语言

这听起来像科幻小说！由于脑损伤、脑干中风、肌萎缩性侧索硬化症(ALS, Lou Gehrig 's disease)而完全瘫痪的人，只能用嘴来表达，他们只能用思想的力量来人工地“说话”。

由于受伤或疾病导致的语言丧失是毁灭性的。现在，特拉维夫大学(TAU)和特拉维夫苏拉斯基医学中心(TASMC)的研究人员的这项科学突破表明，沉默的人只使用思想的力量就能说话。在一项实验中，这样的病人想象说出两个音节中的一个。植入他大脑的深度电极将电信号传输到计算机，然后计算机发出音节。

该研究由TAU医学与健康科学学院和医学中心的Ariel Tankus博士与TAU医学与健康科学学院的Ido Strauss博士以及医院功能神经外科主任共同领导。

这项开创性研究的结果刚刚发表在著名的《神经外科》杂志上，这是神经外科医生大会的官方出版物，标题是“额叶和海马体的语言神经假肢:将高频活动解码为音素”。

这种新型的语言神经假肢(一种语言脑机接口)基于大脑区域(前扣带皮层、眶额皮质和海马体)的高频活动，人工地清晰地表达语言的构建块，这些区域以前从未被用于神经假肢。

这一成就为完全瘫痪的人重新获得自主说话的能力带来了希望。

85%的准确率

坦库斯解释说:“研究中的这位37岁的患者是一名癫痫患者，他住院接受了脑部癫痫病灶切除手术。”他的语言功能完好，植入深度电极只是出于临床原因。在第一组试验中，参与者让神经假体人工产生不同的元音，准确率为85%。在接下来的试验中，表现持续提高。Tankus和他的同事们写道:“我们展示了一个经过公开语言数据训练的神经假肢可以被无声地控制。”

“当然，要做到这一点，你需要找到焦点，这是通过大脑发送强大电波的'短'的来源。这种情况涉及一小部分癫痫患者，他们对药物反应不佳，需要神经外科手术干预，还有一小部分癫痫患者，他们的病灶疑似位于大脑深处，而不是皮层表面。”

为了确定确切的位置，电极被植入他们大脑的深层结构中。然后他们被送进医院，直到再次发作。当它发生时，电极会告诉神经外科医生和神经科医生焦点在哪里，从而使他们能够进行精确的手术。

研究人员说，从科学的角度来看，这提供了一个难得的机会，可以一窥活人大脑的深处。幸运的是，在TASMC住院的癫痫患者同意参与这项实验，这项实验最终可以帮助完全瘫痪的人再次通过人工语言表达自己。”

它是如何工作的

在实验的第一阶段，深度电极已经植入病人的大脑，研究小组要求他大声说出两个音节:/a/和/e/。他们记录了他发出这些声音时的大脑活动。利用深度学习和机器学习，研究人员训练人工智能模型来识别特定的脑细胞，这些脑细胞的电活动表明了说/a/或/e/的愿望。

一旦计算机学会识别病人大脑中与这两个音节相关的电活动模式，他就被要求只想象自己在说/a/和/e/。然后，计算机翻译这些电信号，并相应地播放预先录制的/a/或/e/的声音。

“我的研究领域涉及语言的编码和解码——单个脑细胞如何参与语言过程——语言的产生和听觉，以及语言的想象，或者‘无声地说话’，”坦库斯继续说。

“在这个实验中，我们有史以来第一次能够将说话的部分与我们记录的大脑区域的单个细胞的活动联系起来。这使我们能够区分代表声音/a/和/e/的电信号。目前，我们的研究涉及两个语言的组成部分，两个音节。当然，我们的目标是实现完整的语言，但即使是两个不同的音节也能让一个完全瘫痪的人发出‘是’和‘不是’的信号。”

他们相信，在未来，在ALS患者还能说话的早期阶段，为他们训练一台电脑是可能的。计算机将学会识别患者大脑中的电信号，即使在患者失去运动肌肉的能力后，计算机也可以解释这些信号。“这只是一个例子。我们的研究是朝着开发脑机接口迈出的重要一步，它可以取代大脑对语言产生的控制途径，让完全瘫痪的人再次自愿与周围环境交流。”