直接從腦電波中解碼單詞,這種設想似乎已經離我們不遠。美國物理學家組織網、英國《每日電訊報》報道,在9月版的《神經工程雜志》上,美國猶他州立大學的研究人員描述了從大腦信號解碼單詞的可行性。他們在一名志愿者大腦上放置了微電極陣列,通過區分腦電波的不同,可以將一些單詞在計算機上轉換為口語單詞,研究人員表示,該技術或能讓無法說話的人與他人“說話”。
該項研究由美國國家衛生研究院、國防部高級研究計劃署、猶他州立大學研究基金會和美國國家科學基金會共同資助,一名癲癇病人志愿配合。志愿者之前已經做過一次開顱手術,醫生在其大腦中放置了較大的傳統電極來定位癲癇發作源區。
實驗中,研究人員使用了兩個4×4的微電皮質造影陣列,每個電極間隔一毫米,分別放置在大腦的兩個語言中樞:一個是面部運動皮質區,它控制嘴唇、舌頭、臉部等基本語言肌的運動;另一個是威尼克區,它和語言綜合理解有關。
實驗連續進行了4天,每天讓志愿者在一個小時內重復10個單詞:是、不、熱、冷、餓、渴、你好、再見、更多和更少。每個單詞被重復31次到96次不等,取決于病人是否感到疲憊。微電極陣在此期間記錄大腦的信號。
研究人員發現,每個單詞會產生不同的腦信號。他們通過分析每個單詞神經信號的強度變化和頻率差異,找出了不同單詞的腦信號形式。
在對兩個單詞進行區分時,如果使用來自面部運動皮質區的腦信號,其準確率最高可達85%;而使用威尼克區腦信號,準確率下降到76%。把兩個區的數據結合起來并不能提高準確率,這說明威尼克腦區的信號不能增加面部運動皮質區的信號。
另一項發現是,志愿者重復單詞時,面部運動皮質區最活躍,而威尼克區最不活躍。當志愿者完成任務接受道謝時,威尼克區則活躍起來。格瑞杰說,這表明威尼克區與更高層次的語言理解功能有關,而面部運動皮質區僅僅控制肌肉幫助發聲。
格瑞杰說,這意味著我們的研究是有效的,我們現在要使它更加精確。下一步,我們計劃使用更大的11×11的微電極陣列,來獲得更多的腦信號數據,以識別出更多的單詞,達到更高的準確性。
格瑞杰說,因癱瘓而無法說話的病人需要和人溝通,他們經常試圖以任何動作來和人們“說話”,比如眨眼或輕微地動一下手,或艱難地吐出一個單詞或字母等。現在,我們可以只通過腦信號,分析出口語單詞。這種設備能在病人身上長期使用,但還需要更多改進,包括在大腦上放置電極等。也許再過幾年,我們就能用它來追蹤那些無法說話的“自閉綜合征”患者的想法。
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