您当前的位置:首页 > 新闻资讯 > 科技

“失语者”可用意念发声 AI+脑机接口再迎技术突破

时间:2023-09-07 09:31:45  来源:华西都市报  作者:

“当你想到肌萎缩侧索硬化(以下简称ALS)时,你可能首先会想到对手臂和腿部的影响。”贝内特在电子邮件中描述道,“对于我来说,这个病症始于言语困难,我说不出话来。”

现年68岁的贝内特曾是一名人力资源总监,也是马术运动员,曾有每天慢跑的运动习惯。但在2012年,她被诊断出患有ALS,这是一种进行性神经退行性疾病,会攻击控制运动的神经元,导致肌肉逐渐失去控制最终瘫痪。

对于贝内特来说,ALS并不典型,因为疾病最先影响的是她的脑干。虽然贝内特患病后仍可以四处走动,能自己穿衣服,用手指打字,但她不能再用嘴唇、舌头、喉部和下颚的肌肉来清楚地表达声音,而此部位又恰巧是语音的“基石”。

8月28日,发表于英国《自然》杂志上的两篇背靠背研究展示了脑机接口的强大功能:让通过“AI+脑机接口”成功实现交流的贝内特,不再是“失语者”。对于说话有困难的人来说,借助脑机接口这把“钥匙”,可将患者大脑活动转化为屏幕上的文字,从而使无法说话的人能够进行交流,这意味着他们可以打开沟通的大门,与周围或更广阔的世界保持联系,甚至可以继续工作实现自我价值。

瘫痪患者如何重获语言能力?

在研究中,来自美国斯坦福大学的Francis R. Willett团队,给由于肌萎缩侧索硬化症导致言语不清的患者贝内特,在大脑体感运动皮层植入了一个阵列电极,用于收集单个神经元活动,所有的信息会通过神经网络进行解码,并且搭配一个语言模型共同用于从神经元活动中预测发声。

这些传感器是皮层内脑机接口(以下简称BCI)的组成部分,结合最先进的解码软件,它们可以将伴随语音尝试的大脑活动翻译成屏幕上的单词。植入贝内特大脑皮层的传感器是微小硅电极方形阵列,每个阵列包含64个电极,排列成8×8的网格。这些设备将信号从贝内特大脑中几个与语音相关的区域传输到最先进的软件中,该软件解码她的大脑活动并将其转换为计算机屏幕上显示的文本。

手术后,研究团队在数周时间里对人工智能算法进行系统训练,以识别这名女性患者独特的大脑语音信号。最终通过机器训练,区分与她口语中的每一个音节所激发的相关不同大脑活动,并将贝内特尝试说出的音节序列输入到语言模型中。这是一个复杂的自动更正系统,能将音节转换为它们所代表的单词序列。

为了教算法识别哪些大脑活动模式与哪些音节相关联,贝内特进行了大约25次训练,每次持续约四个小时。当她试图背诵每个句子时,其大脑活动由解码器翻译成音节流,然后由自动更正系统组合成单词,显示在原文下方的屏幕上。贝内特每次训练重复260到480个句子,在不断熟悉贝内特在尝试对话期间的大脑活动后,整个系统也在不断改进。

四个月后,贝内特想要说出的话语以每分钟62个单词的速度在计算机屏幕上转换为单词,是之前BCI辅助通信记录的三倍多。

研究结果表明,对于50个单词的词汇表,该脑机接口设备的工作速度比同一团队开发的早期设备快3.4倍,且错误率被降低到9.1%。在12.5万个单词的词汇量中,该脑机接口的错误率上升到23.8%。对此,Willett表示,“大约每四个单词中就有三个被正确破译。”虽然这远非完美,但与之前的技术水平相比迈出了一大步。

该论文作者之一、外科医生亨德森博士表示,实验已经证明,贝内特可以通过记录大脑表面非常小的区域的活动来解码预期的语音。

在另一项研究中,加州大学旧金山分校的神经外科医生Edward Chang和他的同事们治疗了一位名为Ann的47岁女性,后者在18年前脑干中风后失去了说话的能力。

与Willett团队的方法不同,Chang的团队在患者大脑皮层表面放置了一个跟纸一样薄的矩形结构,其中包含253个电极。这项技术被称为皮质电图(ECoG),被认为对患者的伤害较小,且可以同时记录数千个神经元的综合活动。

在实验患者Ann尝试用1024个单词说出249个句子的过程中,研究小组对AI算法进行了训练,以识别Ann的大脑活动模式。最终,该脑机接口设备的结果是每分钟生成78个单词,错误率的中位数为25.5%。

此外,Chang和他的团队还创建了定制算法,将Ann的大脑信号转换为合成声音和模仿面部表情的动画。Ann在研究结束后的反馈会议上表示:“听到与自己相似的声音,让我非常激动。”

脑机接口如何帮助人类?

“就生命科学而言,我们通常将人工智能技术作为一种工具,用于生命规律的探索、疾病的辅助诊断等。从广义上来说,脑机接口本身就属于人工智能的范畴,是其中一个新兴的分支,只不过脑机接口主要侧重于对大脑认知(思维)的解读。传统人工智能发展的这些信号处理和模式识别等功能,都可以应用于脑机接口。”8月29日,国家优秀青年基金获得者、四川认知科学学会人工智能分会主任委员、电子科技大学生命科学与技术学院教授徐鹏告诉华西都市报、封面新闻记者,从临床等应用方面来说,把脑控和控脑结合起来,形成一个闭环系统,更符合临床等方面的需求。

徐鹏指出,当前脑机接口发展的主要方向,一是利用脑机接口的脑控功能,也就是解码功能,对病人大脑的状态、疾病损伤程度进行有效监控,然后结合外界的如神经反馈、声光电磁等调控手段,对大脑的状态进行干预调节。“目前,国际上已经出现了多种脑机接口系统,应用于儿童多动症、孤独症、脑瘫、癫痫、帕金森、脑中风康复等疾病的治疗康复中。”

“介入式脑机接口在医疗领域应用前景广阔。”南开大学教授段峰在接受记者采访时表示,一方面,介入式脑机接口可以辅助脑卒中、渐冻症这类行动不便的患者通过大脑运动皮层的脑电信号控制外围设备,提升生活质量;一方面,还可能通过实时监测携带者的情绪信号,及时缓释储存于传感器支架上的药物,帮助抑郁症、躁郁症等精神疾病患者控制不定时发作的冲动情绪。

“我们在今年5月完成了全球首例将半侵入式脑机接口设备植入恒河猴进行打乒乓游戏的实验。”在2023世界人工智能大会“脑机智能与数字生命”主题论坛上,脑虎科技联合创始人兼CEO彭雷表示,通过信息解码,脑机接口设备可以早于恒河猴动作本身,提前获取它将如何操作手柄,并且在拔掉手柄控制线后实现“脑控”游戏,“其中,解码准确性上,预测轨迹和真实轨迹相关性0.85以上,而延迟性则控制在30毫秒以内。”

数据显示,侵入式脑机接口产业的三大技术路线主要包括硅基硬质电极系统,血管电极系统和柔性电极系统,“我们与马斯克所主导的Neuralink脑机接口设备采用了同一种技术路线即柔性电极,而柔性电极则一定需要满足高通量、低创伤和长期在体这3个特点。”此外,彭雷还介绍,2023年上半年,这款脑机接口设备还在临床上完成了3项植入手术,手术过程都非常顺利,实现了单神经元Spike信号记录、汉语言解码与合成,以及患者术中语言区实时定位等功能,并能指导外科医生精准切除脑区病灶,保留患者的重要脑功能。

脑机接口需求广泛

在新一轮科技革命和产业变革重构全球创新版图的大背景下,以脑科学、机器人、人工智能等为代表的一批前瞻性、战略性领域已经成为国家重点关注和布局的技术突破口。而脑机接口作为一种变革性人机交互技术,其中既有不依赖外周神经和肌肉系统即可从大脑直接向外部设备或机器输出指令的脑机接口,也包括绕过外周神经和肌肉系统从外部设备或机器直接向大脑输入电、磁、声、光等刺激神经反馈的脑机接口。

麦肯锡的研究报告显示,预计脑机接口相关市场规模在2030年至2040年期间可达700亿美元至2000亿美元。中国信通院发布的《脑机接口总体愿景与关键技术研究报告》也曾预测,我国神经重塑、神经替代、神经调控脑机接口技术将拥有数十万亿规模的市场空间。

近5年,中国有关脑机交互领域的专利申请数量共279件,占全部国家/地区专利申请数量的52.7%,从专利数量排名分析,天津大学位列第一。脑机海河实验室副主任倪广健在接受采访时直言:“根据全球专利检索分析数据库最新报告,目前脑机交互领域的研究高度集中在美国和中国。尤其是天津大学和加州大学旧金山分校,在研发规模(表现为专利数量)和技术影响力(表现为专利被引次数)上都遥遥领先于其他研发机构。”

随着脑机接口技术的发展,其不仅在医学领域具有潜在应用,而且在非医学领域,如教育、金融、娱乐、智能家居等方面也具有应用前景。

华西都市报-封面新闻记者 边雪 见习记者 车家竹



Tags:脑机接口   点击:()  评论:()
声明:本站部分内容及图片来自互联网,转载是出于传递更多信息之目的,内容观点仅代表作者本人,不构成投资建议。投资者据此操作,风险自担。如有任何标注错误或版权侵犯请与我们联系,我们将及时更正、删除。
▌相关推荐
马斯克脑机接口再造奇迹:瘫痪小伙意念玩赛车击败正常人
马斯克脑机接口公司的首位志愿者,又给我们展现了一段“绝活”:  肩部以下全无知觉的他,只靠脑中的一块芯片,就打起了马里奥赛车游戏。  只见赛车前进、转弯,控制得相当灵活。...【详细内容】
2024-03-26  Search: 脑机接口  点击:(22)  评论:(0)  加入收藏
中国移动董事长杨杰谈脑机接口:假若真能实现,将真正实现人的永生
每经记者:杨卉 每经编辑:梁枭今日(3月21日)晚间,中国移动(SH600941,股价102.68元,市值2.2万亿元)披露了2023年业绩数据。公司营业收入突破万亿元大关,其中通信服务收入8635亿元,同比增...【详细内容】
2024-03-22  Search: 脑机接口  点击:(12)  评论:(0)  加入收藏
瘫痪8年小哥植入马斯克脑机接口,狂打8小时「文明6」!Neuralink首个人类植入者直播来了
一名因潜水事故导致肩部以下瘫痪八年的 29 岁男子,正在借助脑机接口设备重温在线国际象棋和杀时间大作游戏《文明 6》。这是脑机接口公司 Neuralink 最新一场直播的内容,迅速...【详细内容】
2024-03-21  Search: 脑机接口  点击:(23)  评论:(0)  加入收藏
脑机接口将为人类带来什么
◎实习记者 蒋 捷 实习生 杨茜茹怎样才能突破身体的限制,用意识与万物相连?在《西游记》中,孙悟空拥有凭借意念隔空取物的超能力。如今,脑机接口技术可以建立大脑与外部设备的直...【详细内容】
2024-02-29  Search: 脑机接口  点击:(29)  评论:(0)  加入收藏
马斯克:首位脑机接口受试者可通过意念控制鼠标
当地时间周一(19日)晚上的一次活动中,马斯克透露了旗下的脑机接口公司Neuralink首位人类受试者的最新进展。他表示,该受试者已经完全康复,并可以通过大脑控制电脑鼠标。在社交媒...【详细内容】
2024-02-21  Search: 脑机接口  点击:(32)  评论:(0)  加入收藏
芯片植入人脑待长期评估,马斯克脑机接口终极目标:人与AI共生
·伦敦国王学院植入式医疗设备教授认为,Neuralink在与参与者一起训练系统前,要给参与者时间恢复。真正的成功需要长期评估脑机接口的稳定性和对参与者的好处。·...【详细内容】
2024-02-01  Search: 脑机接口  点击:(84)  评论:(0)  加入收藏
比马斯克脑机接口更精确微创,超声波读脑大法来了
西风 发自 凹非寺量子位 | 公众号 QbitAI脑机接口赛道又有新消息传出。IEEE Spectrum消息,一种新型微创超声脑机接口设备正在开发中。该设备将传统的脑机接口介质脑电,改为了...【详细内容】
2023-12-07  Search: 脑机接口  点击:(89)  评论:(0)  加入收藏
脑机接口正在“接入”现实
安因中风瘫痪,她使用脑机接口将大脑信号转化为虚拟人物的语言和动作。图片来源:《自然》网站科技日报记者 张佳欣在美国加州旧金山的一个实验室里,一位名叫安的来自加拿大...【详细内容】
2023-11-20  Search: 脑机接口  点击:(210)  评论:(0)  加入收藏
脑机接口“解冻”渐冻症患者控制能力
脑机接口“解冻”渐冻症患者控制能力 使用三个月无需重新校准科技日报北京10月30日电 (记者张梦然)发表在最新一期《科学进展》上的一项研究结果显示,美国约翰斯·霍普...【详细内容】
2023-10-31  Search: 脑机接口  点击:(163)  评论:(0)  加入收藏
科幻作家江波对谈脑机接口专家李远宁:从科幻到现实,脑机接口如何连接AI与人类智慧?
文 | 追问NextQuestion“《黑客帝国》在某种意义上描绘了脑机接口的终极目标:向大脑输入一个完整的虚拟外部环境并与之双向交互。”上海科技大学生物医学工程学院常任轨助理...【详细内容】
2023-10-25  Search: 脑机接口  点击:(162)  评论:(0)  加入收藏
▌简易百科推荐
谷歌推出适用于安卓设备的“查找我的设备”网络
IT之家 4 月 9 日消息,谷歌今日推出了适用于安卓设备的“查找我的设备”网络,其功能类似于苹果的“查找”网络,旨在帮助用户定位丢失、被盗的安卓产品。IT之家注意到,与苹果的“...【详细内容】
2024-04-09    IT之家  Tags:安卓   点击:(2)  评论:(0)  加入收藏
你的自拍和聊天记录,正被硅谷大厂砸数十亿美元疯抢
2026年的数据荒越来越近,硅谷大厂们已经为AI训练数据抢疯了。它们纷纷豪掷十数亿美元,希望把犄角旮旯里的照片、视频、聊天记录都给挖出来。不过,如果有一天AI忽然吐出了我们的...【详细内容】
2024-04-09    新智元  Tags:硅谷   点击:(2)  评论:(0)  加入收藏
谷歌搜索史上最大变革!考虑对AI搜索收费
快科技4月7日消息,据国外媒体报道,谷歌正计划对由生成式人工智能驱动的新高级功能收费,这将是谷歌搜索业务历史上最大的一次变革。自2000年以来,谷歌的搜索产品一直依靠广告盈利...【详细内容】
2024-04-08    快科技  Tags:谷歌搜索   点击:(7)  评论:(0)  加入收藏
为训练AI,OpenAI等科技巨头花式淘数据
[环球时报特约记者 甄翔]《纽约时报》6日披露了科技公司训练人工智能的秘密——利用语音识别工具转录视频网站YouTube上的视频,形成对话文本数据,供其最新的AI学习...【详细内容】
2024-04-08    环球网  Tags:AI   点击:(7)  评论:(0)  加入收藏
训出GPT-5短缺20万亿token!OpenAI被曝计划建「数据市场」
全网真的无数据可用了!外媒报道称,OpenAl、Anthropic等公司正在努力寻找足够的信息,来训练下一代人工智能模型。前几天,OpenAI和微软被曝出正在联手打造超算「星际之门」,解决算...【详细内容】
2024-04-08    新智元  Tags:GPT-5   点击:(1)  评论:(0)  加入收藏
当“机器人”有了“AI大脑” 人形机器人时代来了吗
数智风向标当“机器人”有了“AI大脑”​人形机器人时代来了吗简单明了的口令下达后,机器人便开始搬箱子、运小球,在各类不同的地形行走……这些身上布满芯片和传...【详细内容】
2024-04-08    中国青年报  Tags:机器人   点击:(3)  评论:(0)  加入收藏
报告称 OpenAI 采集了超一百万小时的 YouTube 视频来训练 GPT-4
IT之家 4 月 7 日消息,本周早些时候,《华尔街日报》报道称 AI 公司在收集高质量训练数据方面遇到了困难。今天,《纽约时报》详细介绍了 AI 公司处理此问题的一些方法,其中涉及到...【详细内容】
2024-04-07    IT之家  Tags:OpenAI   点击:(6)  评论:(0)  加入收藏
量子计算会和经典计算一样融入人们的日常生活
作为2024中国网络媒体论坛打造的创新活动之一,“技术赋能·八点见”创新项目发布会于3月30日晚在云南昆明举行。活动现场,本源量子计算科技(合肥)股份有限公司(以下简称“...【详细内容】
2024-04-03    人民网  Tags:量子计算   点击:(8)  评论:(0)  加入收藏
ChatGPT官宣免注册,全球互联网变天!OpenAI将取代谷歌搜索?
新智元报道编辑:编辑部【新智元导读】OpenAI这份愚人节礼物,实在是太大了:今天起,ChatGPT不用注册,可以直接使用。用户狂欢,竞品颤抖,我们仿佛已经听到,谷歌搜索引擎这位巨人轰然倒...【详细内容】
2024-04-02    新智元  Tags:ChatGPT   点击:(8)  评论:(0)  加入收藏
谷歌为了结集体诉讼,同意删除 Chrome 无痕模式下收集的用户数据
IT之家 4 月 2 日消息,根据华尔街日报报道,谷歌为了结追溯到 2020 年的集体诉讼案,近日同意删除通过 Chrome 浏览器“无痕(Incognito)模式”下收集的用户数据。这起诉讼原告认为,...【详细内容】
2024-04-02    IT之家  Tags:Chrome   点击:(7)  评论:(0)  加入收藏
站内最新
栏目相关
  • · 谷歌推出适用于安卓设备的“查找我的设备”网络
  • · 你的自拍和聊天记录,正被硅谷大厂砸数十亿美元疯抢
  • · 谷歌搜索史上最大变革!考虑对AI搜索收费
  • · 为训练AI,OpenAI等科技巨头花式淘数据
  • · 训出GPT-5短缺20万亿token!OpenAI被曝计划建「数据市场」
  • · 当“机器人”有了“AI大脑” 人形机器人时代来了吗
  • · 报告称 OpenAI 采集了超一百万小时的 YouTube 视频来训练 GPT-4
  • · 量子计算会和经典计算一样融入人们的日常生活
  • · ChatGPT官宣免注册,全球互联网变天!OpenAI将取代谷歌搜索?
  • · 谷歌为了结集体诉讼,同意删除 Chrome 无痕模式下收集的用户数据
  • · 哥伦比亚大学华人开发「人脸机器人」,照镜子自主模仿人类表情超逼真
  • · 谷歌服务现已支持使用 Windows Hello 人脸和指纹解锁登录
  • · GPT商店热度不尽人意 仅用在写论文和炒股票上较受欢迎
  • · 距实现全球安全量子通信更近一步:量子点源产生近乎完美纠缠光子对
  • · 中国三大运营商共同发布通过GSMA Open Gateway认证的一次性密码 API
  • · 马斯克脑机接口再造奇迹:瘫痪小伙意念玩赛车击败正常人
  • · 国家数据局局长刘烈宏:充分发挥数据要素价值 培育新质生产力
  • · 谷歌Chrome巨变:第三方Cookie的终结将重塑互联网格局
  • · 百度+苹果,“AI手机元年”真的来了?
  • · 百度AI“咬”了一口苹果 大模型商用有戏了?
  • 站内热门
    相关头条
  • · 谷歌搜索史上最大变革!考虑对AI搜索收费
  • · ChatGPT官宣免注册,全球互联网变天!OpenAI将取代谷歌搜索?
  • · 马斯克脑机接口再造奇迹:瘫痪小伙意念玩赛车击败正常人
  • · Kimi引燃大模型“长文本竞赛”,阿里360百度急出手
  • · 瘫痪8年小哥植入马斯克脑机接口,狂打8小时「文明6」!Neuralink首个人类植入者直播来了
  • · 英伟达“算力核弹”强在哪里?
  • · AI大模型之争远未落幕
  • · 世界首款!英伟达重磅发布人形机器人模型
  • · 全程回顾黄仁勋GTC演讲:Blackwell架构B200芯片登场
  • · 真“Open ” AI?马斯克旗下大模型Grok宣布开源:参数量全球最大
  • · 全球首位AI程序员诞生 人类程序员会失业吗?
  • · 谷歌宣布更新搜索算法:打击AI生成内容,提高搜索结果质量
  • · 英伟达、微软等巨头“抱团”,AI有望助推6G时代到来 国内产业如何接招?
  • · OpenAI Sora已开放对外申请 网友爆料:可能还有其它重磅产品发布
  • · 周鸿祎再谈Sora:真正给人工智能补上了“眼睛”
  • · Sora爆火超100小时:美国狂“卷”算力,国内则卖 AI 课程“捞金”一年5000万|钛媒体AGI
  • · 爆火Sora参数规模仅30亿?谢赛宁等大佬技术分析来了
  • · “AI女友”霸占GPT商店,OpenAI苦不堪言:开发者也难出头!
  • · 从居家到工作,CES 2024上演 AI硬件大秀
  • · OpenAI新年头号重磅!GPT Store上线,企业客户新品也来了
  • 站内头条