世界上首次的突破:美國研究人員成功地將癱瘓男子的腦波轉換成文字

·4 分鐘 (閱讀時間)

根據 2021 7 15 日所發表的科學論文,美國研究人員研發出一台神經義肢設備,能夠成功地將一位癱瘓男子的腦波翻譯成完整的句子。這是世界上首次的突破。

替失語病患發聲

每一年,都有數千名人因為中風、意外或是疾病而失去了說話的能力。這項突破研究中的受試者是一位 36 歲的男士。他在 20 歲時中風,造成他產生發音障礙(anarthria),也就是無法清晰地說話,雖然他的認知功能仍然保留完整。

在過去,這個領域的研究集中於藉由電極以讀取腦波,來發展出能夠讓使用者拼出字母的活動義肢。而現在,這個新方法的目的是要提供更快速且更具組織性的溝通。

加利福尼亞大學舊金山分校(University of California San Francisco,UCSF)的研究人員先前有將電極陣列擺於正接受大腦手術,但是語言能力正常的病人上,目的是要將控制聲道的訊號進行解碼,來表達出母音與子音,而他們之後能夠分析這些訊號圖案以預測出單字。然而,這個概念還沒有在癱瘓的病人上試驗過,來證實其於臨床上所能提供的利益。

UCSF 的博士後工程師、暨刊登於期刊《新英格蘭醫學雜誌》(New England Journal of Medicine)的研究主要作者群之一的大衛·摩斯博士(David Moses)說:「對於一個無法自然溝通的人來說,這個研究是相當重要的科技里程碑。它展示了這個方法的潛在能力,能夠替嚴重癱瘓以及失語的人發聲。」

實驗過程

該研究團隊決定開啟一個新研究,稱為「手臂與聲音的大腦—電腦介面修復」(Brain-Computer Interface Restoration of Arm and Voice,BRAVO),而第一名受試者被稱作為 BRAVO1。在一次嚴重的腦幹中風後,BRAVO1 的頭部、頸部以及肢部的活動就很有限。他是藉由使用連接到棒球帽上的指針,在螢幕上點選字母以進行溝通。

研究人員與 BRAVO1 合作,來做出他日常生活必需的字彙庫,包括「水」、「家庭」、以及「好」等共 50 個字,接著透過手術,將一個高密度電極植入其語言運動皮層(speech motor cortex)。

接下來幾個月中,當 BRAVO1 嘗試說出這 50 個字時,研究團隊記錄下他的神經活動,並使用人工智慧來分辨資料當中的細微模式,並將這些模式連結到單字上。

為了測試這個方法是否能夠運作,研究人員對他呈現由字彙庫中的單字所構成的句子,並在螢幕上記錄下結果。接著,研究人員對他提出問題,像是「你今天如何?」、以及「你想要喝點水嗎?」針對這些問題,他能夠給出例如「我很好」、以及「不用,我口不渴」等回應。

神經工程的壯舉

研究人員的系統以每分鐘最多18 個字的速率進行解碼,且平均準確率為 75%。類似於手機當中所使用的「自動校正」(auto-correct)功能,替系統帶來成功表現。

BRAVO1 的神經外科醫生暨研究共同作者的艾德華·張醫師(Edward Chang)說:「就我們所知,這是第一次成功地,從一位癱瘓且無法說話的人的大腦活動中,直接解碼出完整的字句。」

期刊中附上的評論高呼這項研發為「神經工程的壯舉」,並且認為科技上的進步,例如更小的電極,可能可以進一步改善準確率。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網站 http://www.tomorrowsci.com

參考資料:

  1. Agence France-Presse, (2021, July 16). A Paralyzed Man’s Brain Waves Converted to Speech in a World-First Breakthrough. ScienceAlert

  2. Moses, D. A. et al., (2021, July 15). Neuroprosthesis for Decoding Speech in a Paralyzed Person with Anarthria. New England Journal of Medicine. DOI: 10.1056/NEJMoa2027540

  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/scientists-have-converted-a-paralyzed-man-s-brain-waves-to-speech(圖:UC San Francisco)