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将计算机连通人脑，直接读取认识，这不是科幻。

顶尖学术期刊《天然》方才在线宣布的一项事情就在脑机接口范畴向前迈出了一大步。加州大学旧金山分校（UCSF）的神经外科学家Edward Chang传授与其同事开发出一种解码器，能够将人脑神经旌旗灯号转化为语音，为资助没法措辞的患者完成发声交流完成了有力的看法考证。

脑机接口（BCI），指的是在人或动物大脑与外部装备之间竖立的直接衔接，完成脑与装备的信息交流。近年来，这一手艺的疾速生长正在为那些神经受损或严峻运动停滞的人们改善生活质量。好比，资助瘫痪人士靠“想”掌握机器臂取物，或是掌握屏幕上的光标打出字词。但是，“意念打字”的速率现在只能到达每分钟10来个单词，比一般的人类措辞速率要慢很多，还远不克不及知足患者的相同需求。

因而，一些科学家们试图解码大脑中的言语旌旗灯号，并经由过程人工语音分解，把“想”的内容真正“说”出来！

▲本次研讨的重要负责人Edward Chang传授是一位神经外科医生，善于医治成人癫痫、脑肿瘤等疾病，研讨重要集中于言语、运动和情绪的脑机制（图片泉源：UCSF官网）

要应战重修语音的困难，须要起首完成对表征语音行动的神经运动举行解码。一些接收开颅手术的癫痫患者为神经科学家供应了珍贵的数据。因为须要为一些患者定位癫痫发生发火的泉源，神经外科医生会经由过程手术在患者颅内植入电极，以便监测其大脑运动。在此基础上，研讨人员采用了一种叫作高密度脑皮层电图（ECoG）的手艺，直接纪录下受试者大脑皮层的神经运动。

受试者起首按请求高声读出几百条句子，与此同时，研讨人员纪录他们大脑的语音发生中间——腹侧感觉运动皮层地区的神经运动。

运用轮回神经网络（RNN），研讨人员分两步破译了收罗到的神经旌旗灯号。第一步，他们将神经旌旗灯号转换为表征发音器官行动的旌旗灯号，包孕下巴、喉、嘴唇和舌头行动相干的脑旌旗灯号。然后，依据解码出来的发音器官行动，把旌旗灯号转换为说出的文句。

▲脑机接口完成语音分解的图示（图片泉源：参考资料[1]）

这类立异的解码要领有助于处理重修语音时的声学失真题目，让分解的语音更轻易被人听清、听懂，接下来的测试效果考证了这一点。研讨人员在亚马逊的众包义务平台Mechanical Turk上招募听众来识别解码器分解的语音，包罗325个单词和101句整句。磨练测试中，听众能够成功地识别出单词，和对天然语音的感知形式一致。关于分解语音发出的整句，听众也能识别出句子的意义。

第一作者Gopala Anumanchipalli博士以为，该效果意味着，这种神经分解语音关于实际天下的运用来讲已到达马上听懂的有用水平。

更有意义的是，研讨人员还测试了解码器关于不作声措辞的语音分解才能。一位被试先按请求说出句子，然后默念统一个句子，也就是只要发音的行动、其实不发作声音——这类情况更相符某些患者的实际情况。效果显现，解码器对默念行动分解的语音频谱与统一句句子的有声频谱是类似的。

只管如生物工程学传授Chethan Pandarinath等人在同期《天然》上刊发的批评中所言，这一体系要真正成为一个临床可行的语音脑机接口还面对很多应战，但毫无疑问的一点是，脑机接口手艺的延续提高将让有发声停滞的人从新取得自在说出心声的才能，与方圆天下从新竖立联络。以至，脑机接口的生长还会让更多的人有能够打破人类本身的范围，让认识的疆界赓续拓展。

参考资料：

[1] Gopala Anumanchipalli et al., (2019) Speech synthesis from neural decoding of spoken sentences. Nature. DOI: 10.1038/s41586-019-1119-1

[2] Chethan Pandarinath & Yahia H. Ali, (2019) Brain implants that let you speak your mind. Nature

[3] Chartier Anumanchipalli et al., (2018) Encoding of Articulatory Kinematic Trajectories in Human Speech Sensorimotor Cortex. Neuron. doi:10.1016/j.neuron.2018.04.031.  

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