脑机接口设备预测第二位患者的内部语音

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脑机接口设备预测第二位患者的内部语音

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加州理工学院的神经科学家正在取得有希望的进展,证明他们开发的一种被称为脑机接口(BMI)的设备,可以植入丧失说话能力的患者的大脑,有朝一日可以帮助所有这些患者通过简单的思考而不是说话或模仿来进行交流

2022年,该团队报告称,他们的BMI已被成功植入,并被一名患者用来交流无声的话语。现在,科学家们在《自然-人类行为》杂志上发表的报告表明,BMI在第二名人类患者身上成功发挥了作用

“我们对这些新发现非常感兴趣,”James G.Boswell神经科学教授、天桥和Chrissy Chen Brain–他在加州理工学院最近的一次公开演讲中描述了早期的研究。“我们在第二个人身上复制了结果,这意味着这不取决于一个人大脑的细节或植入物的确切位置。这确实更有可能在更大的人群中保持下去。”

BMI正在开发和测试中,以在多个方面帮助患者。例如,一些工作集中在开发可以控制机械臂或手的BMI上。其他小组通过分析参与者耳语或模仿单词时从运动区域记录的大脑信号,成功地预测了参与者的言语

但是预测某人的想法—检测他们的内部对话—这篇新论文的主要作者Sarah Wandelt博士解释说,这要困难得多,因为它不涉及任何运动。她现在是纽约曼哈塞特范斯坦医学研究院的神经工程师。

这项新研究在预测内部单词方面是迄今为止最准确的。在这种情况下,大脑信号是从位于后顶叶皮层(PPC)的边缘上回大脑区域的单个神经元记录的。研究人员在之前的一项研究中发现,这个大脑区域代表口语

在目前的研究中,研究人员首先训练BMI设备来识别两名四肢瘫痪的参与者在内部说出或思考某些单词时产生的大脑模式。这次训练只花了大约15分钟。然后,研究人员在屏幕上闪现一个单词,并要求参与者在内部“说出”这个单词。结果显示,BMI算法能够预测测试的八个单词,包括两个无意义的单词,两名参与者的平均准确率分别为79%和23%

“由于我们能够在第二个参与者的特定大脑区域PPC中发现这些信号,我们现在可以确定这个区域包含这些语音信号,”生物学和生物工程博士后学者兼研究助理、这篇新论文的作者David Bjanes说。“PPC编码了各种不同的任务变量。你可以想象,对于一个人来说,一些单词可能与大脑中的其他变量联系在一起。对于两个人来说,这种情况发生的可能性要低得多。”

这项工作仍处于初步阶段,但可能有助于脑损伤、瘫痪或影响言语的疾病,如肌萎缩侧索硬化症(ALS)的患者。Wandelt说:“神经系统疾病会导致自主肌肉完全瘫痪,导致患者无法说话或移动,但他们仍然能够思考和推理。对于这一人群来说,内部言语BMI将非常有帮助。”

研究人员指出,BMI不能用来解读人们的思想;该设备需要在每个人的大脑中分别进行训练,只有当一个人专注于特定的单词时,它们才能工作

这篇题为“人类边缘上回中单个神经元的内部言语表征”的论文的其他作者包括加州理工学院的实验室和临床研究经理Kelsie Pejsa,以及南加州大学凯克医学院生物学和生物工程客座助理Brian Lee和Charles Liu。Bjanes和刘也隶属于加利福尼亚州唐尼的Rancho Los Amigos国家康复中心

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