科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種研究性腦機(jī)接口，有望幫助因神經(jīng)系統(tǒng)疾病而失去說話能力的人重新“發(fā)聲”。這項(xiàng)成果發(fā)表在最新一期《自然》雜志上，展示了該技術(shù)如何在人嘗試說話時(shí)，立即將大腦活動(dòng)轉(zhuǎn)化為語音，從而創(chuàng)建出一種“數(shù)字聲帶”。

這項(xiàng)技術(shù)已在一名患有肌萎縮側(cè)索硬化癥（俗稱“漸凍癥”）的參與者身上測(cè)試成功。他通過植入式腦機(jī)接口，借助計(jì)算機(jī)與家人實(shí)時(shí)對(duì)話，不僅可以控制語調(diào)，還能唱出簡(jiǎn)單的旋律。

此前的語音腦機(jī)接口主要將神經(jīng)活動(dòng)翻譯成文本，類似于發(fā)送短信，存在延遲并影響自然交流。而這種新型實(shí)時(shí)語音合成系統(tǒng)則更接近于語音通話，使用戶能夠更自然地參與對(duì)話。

新植入式腦機(jī)接口系統(tǒng)由4個(gè)微電極陣列組成，電極通過手術(shù)植入大腦中負(fù)責(zé)語音生成的區(qū)域。當(dāng)參與者試圖說話時(shí)，電極記錄下神經(jīng)元的活動(dòng)，并將信號(hào)傳輸?shù)酵獠坑?jì)算機(jī)進(jìn)行解碼，最終重建語音輸出。團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了一種新算法，能將每一時(shí)刻的大腦活動(dòng)精確轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的語音，參與者可通過調(diào)整音高來表達(dá)不同的情感或意圖，比如提問、發(fā)出感嘆或強(qiáng)調(diào)某個(gè)詞語。

新技術(shù)的速度非常快，從神經(jīng)信號(hào)采集到語音合成僅需1/40秒——這個(gè)延遲時(shí)間幾乎等同于人們正常說話時(shí)聽到自己聲音所需的時(shí)間。

參與者還能用該系統(tǒng)“唱”出簡(jiǎn)短的旋律，顯示出語音合成的靈活性。聽眾對(duì)合成語音的理解率達(dá)到近60%，而在不使用該系統(tǒng)的情況下，他的語音僅能聽懂約4%。

實(shí)現(xiàn)這一過程的關(guān)鍵在于先進(jìn)的人工智能算法。通過對(duì)數(shù)百個(gè)神經(jīng)元放電模式的分析，團(tuán)隊(duì)成功地將這些模式與參與者試圖產(chǎn)生的語音同步。這使得算法能在沒有語音輸入的情況下，僅憑神經(jīng)信號(hào)就準(zhǔn)確重建他想要表達(dá)的聲音。

這項(xiàng)研究標(biāo)志著腦機(jī)接口技術(shù)在恢復(fù)自然語言能力方面邁出的重要一步，為因疾病或損傷而失語的人群帶來了新的希望。未來，其有望應(yīng)用于更多患者，推動(dòng)神經(jīng)假體領(lǐng)域邁向更加智能化和人性化。

總編輯圈點(diǎn)

這項(xiàng)研究不僅實(shí)現(xiàn)了大腦信號(hào)向語音的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，更重要的是，它恢復(fù)了交流中的語調(diào)變化和節(jié)奏控制，使溝通更自然、更個(gè)性。相較于以前的輸出方式，明顯提升了交流效率與情感表達(dá)，極大增強(qiáng)了使用者在對(duì)話中的主動(dòng)性和參與感。相信這項(xiàng)技術(shù)有潛力廣泛應(yīng)用于漸凍癥、中風(fēng)、腦干損傷等導(dǎo)致喪失語言能力的疾病治療中。同時(shí)，隨著算法優(yōu)化和硬件小型化，還能拓展到更多神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域，甚至推動(dòng)人機(jī)交互邁向更智能化與人性化。