意念實時轉文字腦機接口破局失語困境

近日，上海巖思類腦人工智能研究院與復旦大學附屬華山醫院合作，在腦機接口領域取得突破。

10位受試者在大腦植入電極后，經過短時間訓練，通過解碼其大腦神經電活動，與腦部電極相連的電腦就會實時顯示他們想說的中文語句。這一進入臨床試驗階段的科研成果，意味著腦機接口技術能高效、準確地將人的想法轉化為文字，為漸凍癥、腦卒中等失語患者帶來新的解決方案。

腦機接口（BCI）是在大腦與外部設備之間創建信息通道，實現兩者之間直接信息交互的新型交叉技術。根據硬件接入方式的不同，腦機接口可分為侵入式、半侵入式和非侵入式。醫療領域是當前主要應用場景，2024年中國腦機接口醫療領域應用占比約為46%。

其中，讓受試者用意念“發聲”這一細分場景，近些年不斷實現突破，上述案例并非孤例。今年初，上海腦虎科技有限公司與復旦大學附屬華山醫院合作，成功實現“腦控”智能設備和“意念對話”。6月，美國加州大學戴維斯分校的研究團隊研發的腦機接口可以讓受試者哼唱出一串音符。

由于腦機接口技術可以直接實現大腦與外部設備的交互，因此，除讓受試者用意念“發聲”外，腦機接口技術還廣泛應用于肢體運動障礙診療、意識與認知障礙診療、精神心理疾病診療等領域，且多個領域近年來也不斷傳來重磅消息。

失語者用意念“發聲”

近年來，隨著神經科學與工程技術的迭代發展，腦機接口尤其是語言腦機接口領域取得系列成就，基本實現失語患者“腦波轉語音”的實時溝通。在全球相關研究的推動下，語言腦機接口有望邁入“毫秒級解碼+自然對話”的醫療應用新階段。

中國科學院自動化研究所研究員余山近日撰文指出，語言腦機接口作為腦機接口的一個具體應用方向，它通過直接檢測大腦活動，特別是從控制運動的腦區提取與說話相關的信號，解碼其中包含的語句信息，進而控制語音合成設備“說出”患者想說的話。理想情況下，它就像一個實時的同聲傳譯系統，不僅要準確解讀人們的意圖和想法，還應盡可能快速、保真地輸出自然語言。

在具體應用時，需要考慮不同語言所帶來的技術障礙。比如，相較英文而言，解讀中文的腦電信號要更難，因為英文的音素只有近50個，而中文的聲母、韻母、四聲的排列組合，使音素多達400個以上。

在研究人員的技術攻堅之下，相關技術對中文聲母和韻母的識別準確率均已達到80%以上。根據相關資料，復旦大學附屬華山醫院利用多年積累的臨床資源，建立了一個顱內腦電數據庫，巖思類腦在這一數據庫的支持下研發出腦電大模型，讀取受試者腦電信號。目前，腦電大模型對中文聲母的識別準確率超83%，韻母識別準確率超84%。

上述10位受試者此前已植入多根sEEG（立體定向腦電圖）電極，在模型訓練階段，他們耗時100分鐘，朗讀了54個漢字。在訓練過程中，電極采集了受試者不同腦區、不同深度的腦電信號，將它們輸入腦電大模型。

臨床試驗顯示，腦電大模型可在54個漢字訓練集的基礎上，解讀出1951個常用漢字，外推率達到1∶36，具有很強的泛化性。半秒鐘內，大模型就能解讀出一個完整的中文語句，且語句字數沒有限制，理論上可達到較高的輸出率。

讓受試者用意念“發聲”，該案例并非孤例。今年初，上海腦虎科技有限公司對外宣布，其在與復旦大學附屬華山醫院的合作中取得了突破性進展。研究團隊在語言區占位腫瘤癲癇患者上進行了柔性腦機接口植入手術，患者術后恢復良好，5天后實現142個常用漢語音節下71%的解碼準確率，并且單字解碼時延小于100毫秒，是當時國內實時漢語言解碼的最高水平。

國外相關領域也不斷實現突破，今年6月，英國Nature雜志（《自然》）發布一項研究，美國加州大學戴維斯分校的研究團隊開發一種腦機接口，一位因患上漸凍癥（ALS）而喪失了清晰說話能力的45歲男子植入了該設備，在其發出有說話意圖的神經活動信號后10毫秒內便可以說出話語，還能以3種音高哼唱出一串音符。

多場景加速落地

讓失語患者重新“發聲”只是腦機接口技術其中的一種應用場景。

馬斯克旗下的腦機接口公司Neuralink日前發布了其最新研究成果。目前已有7位受試者植入了Neuralink設備，包括4名脊髓損傷患者與3名ALS患者。受試者通過腦機接口可以控制電腦、機械臂等，平均每周使用設備時長約50小時，峰值超100小時。未來3年，Neuralink將逐步把腦機接口的能力邊界拓展至語言、視覺、全腦。

北京昌發展醫藥健康公司副總經理謝新秋向21世紀經濟報道記者介紹，在醫療領域，腦機接口技術具有廣闊的應用場景，尤其在滿足癱瘓患者康復需求、神經疾病治療及兒童罕見病干預等方面，將惠及更多患者群體。

麥肯錫預測，全球腦機接口醫療應用市場規模有望在2030年達到400億美元，2040年達到1450億美元。其中，以中樞神經系統疾病治療為主的市場規模2030年預計為150億，2040年為850億；以情緒評估與干預為主的醫療消費市場規模2030年預計為250億，2040年為600億。

也正因其廣闊的應用場景，近年來國家持續推出相關政策推動腦機接口發展，北京、上海、四川等地也相繼發布腦機接口相關產業培育行動規劃。另外，今年以來，北京、武漢、廣州、深圳、上海、新疆等多地相繼建立腦機接口臨床轉化中心。由此可見，腦機接口技術正加速從實驗室走向現實。

“目前，多地已將腦機接口列為未來產業的重點內容，積極布局相關產業生態與技術研發。昌發展深耕腦機接口技術領域已逾10年，在發展過程中我們也觀察到，整個行業仍面臨諸多挑戰，其中企業參與度較低、核心技術門檻過高等問題較為突出。”謝新秋表示，尤其是侵入式腦機接口技術難度較高。

學術研究《植入式腦機接口系統實現、臨床進展與技術挑戰》中也指出，目前雖然臨床試驗的植入式腦機接口技術取得了突破性進展，但如何構建長期穩定的神經界面、實現高質量的信號采集和神經調控仍面臨諸多挑戰。

一方面，植入式腦機接口主要依賴電極來記錄神經元信號，然而在電極記錄過程中會由于頭部運動和電極機械失配而對組織造成損傷，導致炎癥反應和神經疤痕、電極周圍細胞積聚等，影響信號記錄質量。另一方面，由于神經信號的變異性與復雜性等固有特質，使得構建魯棒的解碼器成為一項極具挑戰性的任務。

需要強調的是，腦機接口目前還處于技術早期探索階段，也因此，國內外領先科研機構和企業都在腦機接口技術方面加大投入，希望在這一領域構建核心技術壁壘。

華福證券近日分析指出，腦機接口已歷經50年發展歷程，多國為期10年的前期投入已助力腦機接口技術和產業從應用萌芽期邁入普及期，有望在10年內實現“應用解決方案效果良好，多類解決方案走向成熟”的目標。腦機接口是事關經濟社會發展的戰略性領域，其深化發展有利于我國在未來產業科技競爭中搶占制高點。

◎ 來源| 21世紀經濟報道