用于恢复言语以及帮助治疗抑郁症的脑机接口设想

脑机接口社区 2023-02-08

神经外科医生 Eddie Chang 是“将瘫痪男子的大脑信号转化为文字”这项技术的推动者。如今，他正在设想治疗性植入物的进一步发展。

Eddie Chang 是加利福尼亚大学旧金山威尔神经科学研究所的神经外科医生和脑机接口技术推动者。

脑机接口已经有了关于控制癫痫发作并减少帕金森病患者的震颤的应用。部分研究者正在设想，未来它将产生更复杂的应用，例如恢复语音功能和调节人类情绪。

加州大学旧金山威尔神经科学研究所的神经外科医生和脑机接口技术推动者 Eddie Chang 是这项工作的前沿人物之一。2021 年 7 月，他领导了一项由 Facebook 部分资助的开创性研究，该研究将一名瘫痪男子的大脑信号转化为屏幕上的文字。

根据联邦在线数据库 Pubmed 的数据，近年来脑机接口 (BCI) 的研究量一直在稳步增长。2021 年有近 600 项研究，而 2016 年约为 340 项。推动这些活动的部分原因是计算机的性能进一步增强、人工智能的改进以及可植入大脑的设备的进一步小型化。投资者们，比如Elon Musk 等企业家和Meta Inc. 等科技巨头正在采取行动。因为硬件和软件的进步使得解码人脑似乎不再那么不可逾越。

同时联邦对神经科学的投资也对该领域的发展发挥了作用。

Chang博士说，他的目的是破译支撑复杂人类行为（如言语和情绪）的大脑活动，以开发出可以帮助不能说话或患有抑郁症和焦虑症等神经精神疾病的人的疗法。

这一设想也伴随着一些危险，例如随着BCI 直接访问大脑和构成思想的过程，可能会进一步侵蚀隐私。

Chang 博士向《华尔街日报》讲述了该领域的发展方向、他在恢复言语和改善情绪方面的工作、以及谈论 BCI 和迷幻药的实验世界是否有朝一日会发生碰撞。

人为什么必须说话？

“说话”真的很特别，这是我们作为一个物种所拥有的具有决定性的行为之一。因此，尝试了解人类大脑如何处理这种独特的行为是非常令人兴奋的。

是什么让这件事变得困难？

最大的挑战之一是电信号的转换。人的大脑使用[电信号]作为自己的交流语言。这种语言有自己的逻辑，自己的代码。困难在于了解该代码是如何工作的。

技术是否正在攻克这一难关？

我们正在解释的信号——它们看起来不像我们试图解码的东西，比如文字那样。它们看起来像屏幕上的曲线，而且模式非常复杂。我们现在的很多工作都利用了人工智能和机器学习方面的计算机方法，因为它们是非常非常强大的模式识别方法，比如应用于 Siri 或 Alexa 的一些技术。

您如何看待技术的发展？

10 到 15 年前，该领域的状况还处于尝试解码元音的水平。在过去五年中，我们从解码单个声音到尝试解码单词方面取得了许多进展。不过，它仍然处于起步阶段。我们去年发表的第一个项目已经能够专注于 50 个单词的词汇。我们目前的努力有两个方面：将词汇量扩展到我们 50 个单词的词汇量之外，同时还具有很高的准确性。

我们尝试做的第二件事是：从本质上，当实验对象尝试说一个词时，它会出现在屏幕上，且合成为你可以听到的词。所以我们的目标是，让瘫痪的人不仅能想一个词然后让它在屏幕上写出来，而且能实际合成这些声音。事实证明，这是一个非常、非常困难的挑战，原因是词汇量生成可听单词的复杂性。因此，对于少量的单词，它现在仍具有可行性。

我们感兴趣的另一个领域不仅是听到文字，还包括实际控制面部的状态。这不仅仅是实现说话，实际上是在与人面对面交谈时做出你通常看到的动作。我们认为这很重要，因为它将有助于瘫痪的人在学习过程中基本上感觉脑机接口是他们说话方式的一部分；从而感觉更自然。

您的研究内容与将屏幕上的文本转换为您可以听到的单词有什么不同？

对我们来说，语音合成不仅仅是关注单词本身，而是实时创建完整丰富的语音的细微差别，如语调和节奏。例如，“莎莉去了商店。” 为了将其从陈述变为问题，我所做的只是在最后一个词中升高声音音调。这是相同的词，但可以表达不同的意思。

您还在开发可以处理多种语言的系统，能介绍一下吗？

我们正在尝试开发的部分技术是通过患者提示，可以从一种语言切换到另一种语言。需要注意的是，一个单词在英语中跟随另一个单词的概率与它们在西班牙语中的序列非常非常不同。而我们在研究的就是，当一个人在两种语言之间切换时，机器可以检测到这种情况并成功切换，保证人们可以以多种语言进行交流。这是使技术对人们更实用、让他们更加自由表达自己的另一个步骤。

这会让“语音合成”变得更复杂吗？

这要复杂得多，因为使用者不希望两者被混淆。这不像你的大脑中有一个部分是西班牙语，而另一个区域正在处理英语。对于双语的人来说，它来自同一个区域。让计算机弄清楚这一点很棘手。

对于机器来说，是否有什么迹象能说明一个人正试图用一种语言而不是另一种语言说话？

所以这实际上是一个有趣的问题，我还没有答案，正在进行相关研究。

您计划如何使用 BCI 帮助有心理健康问题的患者？

我们真的很想了解当某人正常处理情绪时大脑中发生了什么，以及患有抑郁症且情绪无法正常调节的人的信号是什么样的。我们的意图是，通过了解这些电信号模式，从而将它们用作生物标志物，用于了解当某人患有抑郁症时涉及大脑的哪些部分的工作。更重要的是，利用这些信息进行干预和调节其中一些领域，让人们感觉更正常，就像他们没有陷入无法自主控制的抑郁症一样。

药物是另一类振奋人心的心理健康实验疗法。您认为该领域和您的领域之间会有交叉吗？

我确实有一种感觉，这些方法可能会结合在一起。它们非常互补。药物主要是一种化学方法。我们正在探索信号如何互补，即电信号和化学信号的组成。因为大脑大量使用两者，并且它们直接相关。

您是否会为自己获得 BCI，不是作为治疗，而是为了增强某些功能？

我个人不会。有很多事情我希望我能做得更好。但我个人真的很尊重我现在的样子。

是因为隐私吗？为什么犹豫呢？

犹豫的部分原因是存在风险，比如脑外科手术相关的风险。另外，我们的技术仍处于研究阶段，离任何我能想象到的用于增强的场景都相去甚远。最后，还有一条道德限制，我期待未来能建立一个更好的道德框架。

来源：

https://www.wsj.com/articles/how-brain-computer-interfaces-could-restore-speech-and-help-fight-depression-11662129229

来源：中国信息通信研究院知识产权中心

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