Nature子刊 | 脑机接口让患者实现内心言语交流

加州理工学院的神经科学家们开发了一种脑机接口（BMI）的设备，通过植入该设备到失去说话能力的患者大脑中，帮着患者通过简单的思考就能实现交流。

早在2022年，该研究小组就报告说，他们的脑机接口设备就已成功植入一名患者的大脑，并用它来进行交流。

最近，加州理工学院的科学家们利用他们开发的BMI在第二名人类患者身上成功发挥作用。该项研究成果发表在了《Nature Human Behaviour》杂志。

加州理工学院神经科学教授、陈天桥雒芊芊脑机接口中心（Tianqiao and Chrissy Chen Brain-Machine Interface Center）主任兼领导委员会主席理查德·安德森（Richard Andersen）说：“我们对这些新发现充满热情。我们在第二个人身上重现了这一结果，这意味着这并不依赖于一个人大脑的特殊性，也不依赖于他们植入的具体位置。这确实更有可能在更大的人群中成立”。

目前正在开发和测试BMI，以便以多种方式为患者提供帮助。例如，一些工作侧重于开发可以控制机械臂或机械手的 BMI。其他研究小组通过分析参与者低声或默念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。

多电极植入位置。a,b，参与者1 (1 × 96多电极阵列)(a)和参与者2 (1 × 64多电极阵列)(b)的SMG植入位置。c,d，参与者1 (2 × 96多电极阵列)(c)和参与者2 (2 × 64多电极阵列)(d)的S1植入位置。来源:Nature Human Behaviour(2024)。

然而预测某人在想什么——探测他们的内心对话——要困难得多，因为它不涉及任何动作。该论文的第一作者萨拉·万德尔特（Sarah Wandelt）博士解释说。

大脑信号是从位于后顶叶皮层（PPC）的一个叫做边上回的脑区的单个神经元记录下来的。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。

而该项新研究是迄今为止在预测内部词汇方面最准确的。研究人员首先对 BMI 设备进行了训练，使其能够识别两名四肢瘫痪的参与者在内心说出或思考某些词语时产生的大脑模式。整个训练时间只有15分钟左右。然后，研究人员在屏幕上闪现一个单词，并要求参与者在心里“说”这个单词。结果显示，BMI算法能够预测出8个被测试的单词，包括两个无意义的单词，两位参与者的平均准确率分别为79%和23%。

内部语音、发声语音和书面文字处理之间的共享表征

生物学和生物工程博士后学者副研究员、新论文的作者大卫·比詹斯（David Bjanes）表示：“既然我们能够在第二名参与者的特定脑区（PPC）中发现这些信号，我们现在就可以确定这个区域包含这些语音信号，PPC编码了大量不同的任务变量。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相关联。而对于两个人来说，这种可能性要低得多。”

研究人员表示，这项工作仍处于初步阶段，但可以帮助脑损伤、瘫痪或疾病（如肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS））患者，这些疾病都会影响语言表达。“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。对于这类人群，内部语言BMI将非常有帮助。”

参考文献：

Wandelt, S.K., Bjånes, D.A., Pejsa, K.et al. Representation of internal speech by single neurons in human supramarginal gyrus. Nat Hum Behav (2024). https://doi.org/10.1038/s41562-024-01867-y

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