脑机接口新突破！重度语言障碍男子能愉快地说话唱歌

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一名患有严重语言障碍的男子，借助大脑植入装置，能够富有表现力地说话和歌唱。该装置可以将他的神经活动转化为话语，不仅能实现语调变化，强调他选择的单词，还能让他以 3 个音调哼唱一串音符。


该系统被称为脑机接口（BCI），使用人工智能解码参与者说话时的脑电活动。该装置是第一个不仅能再现一个人的意图，还能复制自然语言特征的BCI。而音调、音高、重音等自然语言特征有助于表达意思和情感。

植入运动皮层的电极有助于记录和语言相关的大脑活动。图片来源：Kateryna Kon


在一项研究中，一种模仿参与者声音的合成声音，在他的神经活动发出说话意图信号的 10 毫秒内就说出了他的话。这项 6 月 11 日发表于《自然》的研究成果标志着对早期 BCI 的重大改进。早期 BCI 通常在 3 秒内输出语音，或者仅在用户模拟完整个句子后才能生成语音。


“这是语音 BCI 领域的圣杯。”荷兰马斯特里赫特大学的 Christian Herff 说，“这是真实、自发、连续的讲话。”


这项研究的参与者是一名 45 岁男子，在患上一种运动神经元疾病——肌萎缩侧索硬化症后，失去了清晰说话的能力。这种疾病会损害控制肌肉运动的神经，包括说话所需的神经。虽然他还能发音和说话，但说得很慢，也不清楚。


在症状出现 5 年后，这名男子接受了手术，在控制运动的大脑区域插入 256 个硅电极，每个长 1.5 毫米。论文作者之一、美国加利福尼亚大学戴维斯分校的 Maitreyee Wairagkar 和同事训练了深度学习算法，能够每 10 毫秒捕捉一次大脑中的信号。团队的系统实时解码了该男子试图发出的声音，而不是他想要表达的具体词语或基本音素——构成单词的语音亚单位。


“我们并不总是用语言表达想法。我们还有感叹词，以及一些词汇表里没有的富有表现力的发音。为了实现这一点，我们采用了这种完全不受限制的方法。”Wairagkar 解释说。


该团队还通过训练人工智能算法，根据病人生病前的采访录音，将合成声音个性化，使其听起来像病人自己的声音。


研究人员要求参与者尝试发出“啊”“哦”“嗯”之类的感叹词，并说出虚构的单词。 BCI 成功产生了这些声音，表明它可以在不需要固定词汇的情况下生成语音。


使用这款 BCI ，这名男子可以拼写单词、回答开放式问题，并使用解码器训练数据库之外的一些单词说出想说的话。他告诉研究人员，听到合成声音说话让他“感到高兴”，感觉就像他的“真实声音”。


在其他实验中，BCI 能够识别出参与者是想把一个句子说成疑问句还是陈述句。该装置还能判断他在一句话中想强调哪些词语，并相应调整合成声音的语调。“我们正在引入人类语言中所有这些重要的元素。” Wairagkar 说，以前的 BCI 只能产生单调的语音。


瑞士日内瓦大学的 Silvia Marchesotti 说，该装置的功能“对于患者的日常使用至关重要”。“从某种意义上说，这是一种范式转变，可以真正带来一种现实生活中的工具。”




策划制作
来源｜中国科学报
责编丨杨雅萍
审校丨徐来、林林

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通过脑机接口加强各方面能力，也许这个人已经不是原来的自己，但只要自己认为还是自己那就够了

77898876

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肉体+AI智能机械将会是21世纪的千亿产业吗？

superjiaming

那耳聋是不是也能改变呢

cjlcjl

别看说的很牛逼，就一个感染的问题都克服不了

lovejuan0104

盲人是不是也看得见了