科 学 家 开 发 出 解 码 大 脑 发 声 信 号 的 系 统 ， 读 出 脑 中 所 想

“ 随 着 技 术 的 不 断 进 步 ， 我 们 可 以 期 待 有 语 言 障 碍 的 人 能 够 重 新 获 得 自 由 表 达 想 法 的 能 力 ， 并 与 周 围 的 世 界 重 新 建 立 起 联 系 。” ＊ 本 文 只 能 在 《 好 奇 心 日 报 》 发 布 ， 即 使 我 们 允 许 了 也 不 许 转 载 ＊ 让 - 多 米 尼 克 · 鲍 比 （Jean-Dominique Bauby） 在 回 忆 录 《 潜 水 钟 与 蝴 蝶 》（ The Diving Bell and The Butterfly ） 一 书 中 写 道 ：“ 在 我 的 脑 海 里 ， 每 句 话 我 都 要 翻 来 覆 去 地 思 忖 个 十 回 ， 删 掉 一 个 单 词 ， 添 加 一 个 形 容 词 ， 然 后 一 段 一 段 地 默 记 下 来 。” 在 这 本 书 里 ， 记 者 兼 编 辑 鲍 比 回 忆 了 自 己 中 风 瘫 痪 前 后 的 生 活 ， 那 次 中 风 使 他 全 身 几 乎 无 法 动 弹 ； 他 只 能 通 过 眨 眼 睛 的 动 作 ，（ 在 别 人 的 帮 助 下 ） 一 个 字 母 一 个 字 母 地 完 成 了 这 本 书 。 成 千 上 万 的 人 由 于 在 事 故 或 战 斗 中 受 伤 、 中 风 或 神 经 退 行 性 疾 病 （ 如 肌 萎 缩 性 侧 索 硬 化 症 ， 简 称 A.L.S.） 而 丧 失 语 言 能 力 ， 只 能 采 取 同 样 艰 难 的 交 流 方 式 。 目 前 ， 科 学 家 报 告 称 ， 他 们 已 经 开 发 出 一 种 虚 拟 假 声 。 这 种 系 统 可 以 解 码 大 脑 的 发 声 意 图 ， 并 将 其 转 换 成 通 常 可 以 理 解 的 语 音 ， 而 不 需 要 牵 动 肌 肉 ， 连 嘴 部 肌 肉 都 无 需 抽 动 。（ 物 理 学 家 兼 作 家 斯 蒂 芬 · 霍 金 [Stephen Hawking] 利 用 脸 颊 的 一 块 肌 肉 来 输 入 键 盘 字 符 ， 计 算 机 再 将 其 合 成 为 语 音 。） 佛 罗 里 达 州 杰 克 逊 维 尔 梅 奥 医 学 中 心 （Mayo Clinic） 的 神 经 学 家 兼 神 经 系 统 科 学 专 家 安 东 尼 · 里 塔 乔 （Anthony Ritaccio） 并 不 是 这 个 研 究 小 组 的 成 员 。 他 表 示 ，“ 这 是 一 项 艰 巨 的 工 作 ”， 通 过 解 码 大 脑 信 号 ，“ 让 我 们 再 上 一 个 台 阶 ， 朝 着 恢 复 语 言 功 能 的 目 标 进 发 。” 研 究 人 员 还 开 发 了 其 他 虚 拟 语 言 辅 助 工 具 。 它 们 的 工 作 原 理 是 解 码 负 责 识 别 字 母 和 单 词 的 大 脑 信 号 ， 即 语 言 的 口 头 表 达 。 但 这 些 方 法 缺 乏 正 常 说 话 时 的 速 度 和 流 畅 性 。 周 三 发 表 在 《 自 然 》 杂 志 上 的 这 个 新 系 统 ， 可 以 破 译 大 脑 中 引 导 发 声 活 动 的 运 动 指 令 （ 比 如 轻 叩 舌 体 、 紧 抿 双 唇 等 ）， 并 生 成 可 以 被 理 解 的 句 子 ， 与 说 话 人 自 然 的 抑 扬 顿 挫 语 调 相 接 近 。 专 家 表 示 ， 这 项 新 工 作 相 当 于 “ 原 理 验 证 ”， 是 对 进 一 步 的 实 验 和 改 进 之 后 可 能 出 现 的 情 况 进 行 事 先 查 看 。 该 系 统 在 语 言 功 能 正 常 的 人 身 上 进 行 了 测 试 ； 它 还 没 有 在 神 经 系 统 疾 病 或 损 伤 （ 如 常 见 的 中 风 ） 可 能 造 成 解 码 困 难 或 无 法 解 码 的 患 者 身 上 进 行 过 测 试 。 为 了 新 的 试 验 ， 加 州 大 学 旧 金 山 分 校 和 伯 克 利 分 校 的 科 学 家 招 募 了 五 名 住 院 接 受 癫 痫 手 术 的 患 者 。 ECoG 电 极 阵 列 由 记 录 大 脑 活 动 的 颅 内 电 极 组 成 。 图 片 版 权 ：University of California, San Francisco 加 州 大 学 旧 金 山 分 校 的 神 经 学 家 戈 帕 拉 · 阿 南 奇 帕 利 手 持 的 一 组 电 极 与 目 前 研 究 中 使 用 的 电 极 颇 为 相 似 。 图 片 版 权 ：University of California, San Francisco 许 多 癫 痫 患 者 药 物 治 疗 效 果 不 佳 ， 于 是 选 择 接 受 脑 部 手 术 。 手 术 前 ， 医 生 必 须 首 先 找 到 每 个 人 大 脑 中 癫 痫 发 作 的 “ 常 见 位 置 ”； 这 个 步 骤 是 通 过 放 置 在 大 脑 中 或 大 脑 表 面 的 电 极 来 完 成 的 ， 这 些 电 极 用 来 监 听 能 说 明 问 题 的 电 风 暴 。 准 确 定 位 这 个 位 置 可 能 需 要 几 周 时 间 。 在 此 期 间 ， 电 极 被 植 入 在 患 者 大 脑 中 与 运 动 和 听 觉 信 号 相 关 的 区 域 或 其 附 近 。 这 些 患 者 通 常 同 意 参 与 利 用 这 些 植 入 物 进 行 的 补 充 实 验 。 加 州 大 学 旧 金 山 分 校 有 五 名 这 类 患 者 同 意 参 与 虚 拟 语 音 发 生 器 的 测 试 。 他 们 每 个 人 都 被 植 入 了 一 到 两 个 电 极 阵 列 ： 它 的 大 小 和 邮 票 差 不 多 ， 上 面 有 几 百 个 微 型 电 极 ， 被 放 置 在 大 脑 的 表 面 。 在 每 个 参 与 实 验 的 患 者 背 出 几 百 个 句 子 时 ， 电 极 就 记 录 下 运 动 皮 层 神 经 元 的 放 电 模 式 。 研 究 人 员 将 这 些 模 式 与 患 者 在 自 然 发 音 过 程 中 嘴 唇 、 舌 头 、 喉 头 和 下 巴 的 细 微 运 动 联 系 起 来 。 研 究 小 组 随 后 将 这 些 动 作 转 化 成 口 语 句 子 。 实 验 安 排 了 英 语 为 母 语 的 参 与 者 听 句 子 ， 以 测 试 虚 拟 声 音 的 流 畅 性 。 研 究 发 现 ， 虚 拟 系 统 中 多 达 70% 的 内 容 是 可 理 解 的 。 加 州 大 学 旧 金 山 分 校 神 经 外 科 教 授 爱 德 华 · 常 （Edward Chang） 是 这 项 新 研 究 的 发 起 人 ， 他 说 ：“ 我 们 发 现 ， 通 过 解 码 大 脑 活 动 指 导 的 发 音 ， 我 们 可 以 模 拟 出 比 基 于 从 大 脑 中 提 取 声 音 表 征 的 合 成 语 音 更 准 确 、 更 自 然 的 语 音 。” 与 他 一 起 从 事 这 项 研 究 的 是 他 在 加 州 大 学 旧 金 山 分 校 的 同 事 戈 帕 拉 · 阿 南 奇 帕 利 （Gopala K. Anumanchipalli） 以 及 同 时 隶 属 于 加 州 大 学 旧 金 山 分 校 和 伯 克 利 分 校 的 乔 希 · 沙 尔 捷 （Josh Chartier）。 先 前 基 于 植 入 的 通 讯 系 统 每 分 钟 生 成 大 约 8 个 单 词 。 而 新 程 序 每 分 钟 能 产 生 大 约 150 个 单 词 ， 相 当 于 正 常 讲 话 的 速 度 。 研 究 人 员 还 发 现 ， 基 于 某 一 个 人 大 脑 活 动 的 合 成 语 音 系 统 可 以 被 其 他 人 使 用 和 调 整 ， 这 表 明 可 供 人 们 直 接 使 用 的 虚 拟 系 统 终 有 一 天 会 出 现 。 该 研 究 团 队 正 计 划 转 向 临 床 试 验 ， 以 进 一 步 测 试 这 个 新 系 统 。 临 床 面 临 的 最 大 挑 战 可 能 是 找 到 合 适 的 患 者 ： 使 人 丧 失 语 言 功 能 的 中 风 通 常 也 会 损 害 或 彻 底 摧 毁 大 脑 中 支 持 语 言 表 达 的 区 域 。 尽 管 如 此 ， 众 所 周 知 ， 脑 机 接 口 技 术 领 域 正 在 迅 速 发 展 ， 世 界 各 地 的 研 究 团 队 都 在 提 供 改 进 的 方 案 ， 这 些 方 案 有 可 能 正 好 是 为 具 体 的 损 伤 量 身 定 制 的 。 埃 默 里 大 学 （Emory University） 和 佐 治 亚 理 工 学 院 （Georgia Institute of Technology） 的 生 物 医 学 工 程 师 塞 詹 · 潘 德 瑞 纳 斯 （Chethan Pandarinath） 和 叶 海 亚 · 阿 里 （Yahia H. Ali） 在 随 同 发 表 的 一 篇 评 论 文 章 中 写 道 ：“ 随 着 技 术 的 不 断 进 步 ， 我 们 可 以 期 待 有 语 言 障 碍 的 人 能 够 重 新 获 得 自 由 表 达 想 法 的 能 力 ， 并 与 周 围 的 世 界 重 新 建 立 起 联 系 。” 翻 译 ： 熊 猫 译 社 胡 敏 题 图 来 自 Pixabay © 2019 THE NEW YORK TIMES