每日經濟新聞 2023-08-25 15:35:34
◎盡管腦機接口取得了一定進步，但從第一例臨床到產品上市到大規模臨床應用，仍需較長時間驗證，不過，萬里征途已踏出關鍵一步。
每經記者 蔡鼎 每經編輯 高涵
8月23日，刊登在國際頂級期刊《自然》上的兩篇文章指出，科學家利用人工智能（AI）技術，讓兩名癱瘓患者能夠以前所未有的準確性和速度進行交流。
在兩項獨立的研究中，研究人員描述了腦機接口（BCI）在患者身上的應用，該接口可以將神經信號翻譯成文本或單詞。兩組研究中腦機接口設備解碼語音的速度分別為每分鐘62個單詞和78個單詞，且錯誤率分別降至23.8%和25.5%。要知道，正常人類的自然對話速度約為每分鐘160個單詞，因此，這兩項最新的研究表明，腦機接口已經取得重大突破。
盡管取得了一定進步，但從第一例臨床到產品上市到大規模臨床應用，仍需較長時間驗證，但萬里征途已踏出關鍵一步。
《自然》的文章也指出，這些腦接機口設備必須在更多的患者身上進行測試，以證明其可靠性。
其中一篇論文的合著者、加州斯坦福大學的神經科學家Francis Willett在8月22日的新聞發布會上表示，“現在可以想象這樣的未來：我們可以讓癱瘓患者恢復流暢的對話，讓他們能夠自由地‘說出’他們想要表達的東西，而且準確度高到足以被理解。”
論文指出，Willett和他的同事們開發的這種腦機接口設備，可以在細胞水平上翻譯神經活動，并將其轉換為文本。
荷蘭馬斯特里赫特大學的計算神經科學家Christian Herff表示，這些腦機接口設備“可能在不久的將來成為（商業）產品。”
其中一位研究對象是67歲的Pat Bennett，她患有運動神經元疾?。ㄒ脖怀蔀榧∥s性側索硬化癥），這種疾病會導致患者肌肉逐漸失去控制，導致其行動和語言表達障礙。
在研究中，研究人員對Bennett進行了手術，將一組小硅電極插入其大腦中與語言表達有關的部位。隨后，科學家們對深度學習算法進行了訓練，以便在Bennett嘗試使用包含125000個單詞的大型詞匯集和包含50個單詞的小型詞匯集說出各種短語時，識別出她大腦中的獨特信號。在這個過程中，AI從音素（phonemes，構成口語的單位）中解碼單詞。
研究結果表明，對于50個單詞的詞匯表，該腦機接口設備的工作速度比同一團隊開發的早期設備快3.4倍，且錯誤率被降低到9.1%。在12.5萬個單詞的詞匯量中，該腦機接口的錯誤率上升到23.8%。對此，Willett表示，“大約每四個單詞中就有三個被正確破譯。”
《自然》文章截圖
在另一項研究中，加州大學舊金山分校的神經外科醫生Edward Chang和他的同事們治療了一位名為Ann的47歲女性，后者在18年前腦干中風后失去了說話的能力。
與Willett團隊的方法不同，Chang的團隊在患者大腦皮層表面放置了一個跟紙一樣薄的矩形結構，其中包含253個電極。這項技術被稱為皮質電圖（ECoG），被認為對患者的傷害較小，且可以同時記錄數千個神經元的綜合活動。
在Ann嘗試用1024個單詞說出249個句子的過程中，研究小組對AI算法進行了訓練，以識別Ann的大腦活動模式。最終，該腦機接口設備的結果是每分鐘產出78個單詞，錯誤率的中位數為25.5%。
Chang團隊研究過程視頻（圖片來源：視頻截圖）
此外，Chang和他的團隊還創建了定制算法，將Ann的大腦信號轉換為合成聲音和模仿面部表情的動畫。科學家們根據Ann的婚禮錄像進行訓練，讓她的聲音聽起來就像她本人。
Ann在研究結束后的反饋會議上也告訴研究人員：“聽到與自己相似的聲音，讓我非常激動。”
盡管取得重大進展，但在腦機接口可以用于臨床前，還需要進行許多的改進。
Ann對研究人員稱，最理想的情況是腦機接口與患者的無線鏈接。法國格勒諾布爾神經科學研究所的神經技術研究員Blaise Yvert也補充稱，一個適合日常使用的腦機接口必須是一個完全可植入的系統，沒有可見的連接器或線纜。
上述兩個研究團隊也都希望通過更強大的解碼算法繼續提高其設備的速度和準確性。Willett指出，“我們認為這是對腦機接口概念的驗證，只是為這個領域的專家提供進一步研究的動力，將其轉換為人們可以實際使用的產品。”
文章還指出，這些腦接機口設備必須在更多的患者身上進行測試，以證明其可靠性。加拿大溫哥華英屬哥倫比亞大學神經倫理學研究員Judy Illes表示，“無論這些研究數據多么好看，在技術上多么復雜，我們都必須以一種非常謹慎的方式去看待。我們必須謹慎對待對大量人群的廣泛推廣，我不確定我們是否已經到了那個地步。”
《每日經濟新聞》記者注意到，就在今年5月25日，美國腦機接口公司Neuralink宣布獲得美國食藥監局（FDA）的臨床許可。Neuralink 采用的是侵入式方案，通過神經手術機器人，將柔性電極植入至大腦皮層中，植入后不可移除。此前，2022年初，FDA基于安全等因素拒絕了該公司的臨床申請，此次獲批，表明Neuralink在安全性等方面已經獲得更多的證據。
除了Neuralink之外，Precision Neuroscience等多家腦機接口公司也計劃在2023-2024年申請人體臨床。雖然從第一例臨床到產品上市到大規模臨床應用，仍需較長時間驗證，但萬里征途已踏出關鍵一步。
腦機接口是一種變革性的人機交互技術，其中既有不依賴外周神經和肌肉系統即可從大腦直接向外部設備或機器輸出指令的腦機接口，也包括繞過外周神經和肌肉系統從外部設備或機器直接向大腦輸入電、磁、聲和光等刺激或神經反饋的腦機接口。隨著腦機接口技術的發展，其不僅在醫學領域具有潛在的應用，而且在非醫學領域，如教育、金融、娛樂、智能家居等方面也具有應用前景。
華鑫證券在研報中指出，目前藥物和手術等技術對于因卒中、肌萎縮側索硬化癥（ALS）等引起的中樞神經受損患者，缺少足夠的治療效果，患者長期處于癱瘓等功能失常狀態，生活質量差。腦機接口的技術突破了傳統機體組織修復的范圍，以人機方式實現了功能替代，具有革命性的意義，并且在一些個案上取得突破。2014年巴西世界杯開幕式上，一位高位截癱的青年借助機械輔助，利用腦機接口開出第一腳球，向全世界展示了腦機接口最直觀的臨床價值——為運動障礙患者提供輔助工具。目前全球每年新增1200萬卒中患者，其中約40%的人群存在中度功能障礙，未來腦機接口在醫療上應用存在廣泛的需求。
封面圖片來源：《自然》文章截圖
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