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6月15日,美国加州大学戴维斯分校等机构的研究团队在《自然·医学》发表了一项突破性研究:一名肌萎缩侧索硬化症(ALS,俗称“渐冻症”)患者使用皮质内脑机接口(BCI)近2年,累计超过3800小时,仅凭“意念”就实现了流畅的“说话”和电脑操作,并且全程在家中独立完成。这标志着侵入式脑机接口从实验室概念验证,迈向实际辅助工具的关键一步。

ALS等疾病会导致失语、无法控制肢体等症状。过去,高性能脑机接口虽能解码神经信号,但始终困于两大瓶颈:一是必须依赖研究人员每日在场操作,二是长期稳定性存疑。本研究首次同时突破了这两个限制。2023年,研究团队在一名45岁男性ALS患者(伴有四肢轻瘫和严重构音障碍)的左侧中央前回植入4个微电极阵列,共256个电极。术后第281天起,经护理伙伴协助穿戴设备和启动软件后,他便可独立操作系统,无需研究团队在场。


数据显示,在术后22.6个月内,他累计使用BCI超过3800小时,在653天中的444天使用了系统;独立使用功能启用后的397天中,使用了364天。日常启动准备约20分钟,系统可连续运行长达19小时,日常使用中他常连续操作超过12小时无需他人干预。正如研究共同负责人David Brandman所说:“多年来,脑机接口只是高度受控实验室里的概念验证设备,这项工作表明,我们可能已经跨越了一个门槛——让瘫痪患者能够按照自己的意愿说话。”

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该系统的核心是一套基于Transformer架构的新型脑-文本语音解码器,支持125,000个词的大词汇量,识别单词准确率达到99.2%,创下该领域新纪录;且每日仅需0-20句校准(由用户自行决定),几乎无需重新校准。在实际居家使用中,参与者以平均每分钟56个词的速度,累计“说出”了183,060个句子,总计1,960,163个词。他对其中92%的句子标注为“至少基本正确”。

值得注意的是,参与者最初从出声想象说话,后来转为只动口型不出声的“无声默念”方式,反而更省力,语速也从约30词/分钟提升到50词/分钟以上。基准测试显示:出声时准确率超99%,平均30.6词/分钟;默念时准确率96.5%,平均49.7词/分钟。

研究团队发现,除一个电极阵列外,其余阵列在超过18个月后仍能稳定捕捉大脑信号,证明相关脑区功能在至少19个月内没有明显衰退。该系统另一重大突破是用同一个脑区同时实现了“说话”和“操控鼠标”两套功能。参与者想象手部或身体移动,就能控制屏幕上的光标和点击。在标准测试中,这套光标控制的速度达到2.90比特/秒,和专门植入手部运动区的传统脑机接口差不多。
语音解码当键盘、光标控制当鼠标股票投资指南,他就这样独立操作个人电脑:发送短信和邮件、浏览网页、开视频会议,并维持了全职工作。系统还设计了隐私模式(自动删除解码内容)和脏话过滤等实用功能。研究者指出,这是迄今精确到单个神经元的最大规模脑记录数据集(3800小时),为理解人类大脑如何产生言语提供了宝贵数据。尽管该系统目前仍需有线连接和护理伙伴协助启动,且仅涉及单一个体,但它首次证明:侵入式脑机接口可以在真实家庭环境中长期、独立、稳定地支持交流与数字接入,为严重运动障碍患者带来了切实可行的技术希望。
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