用“意念”说话，脑机接口要打破语言封印

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脑机接口跑到哪了？

能不能制造出一种足够小的脑机接口（Brain-Computer Interface，BCI）系统，既能读懂大脑的语言，又不打扰大脑的日常运转？

近日，上海岩思类脑人工智能研究院（下简称“上海岩思”）与华山医院的一项合作成果公布。通过植入电极解码脑电信号，可以解码受试者大脑神经电活动，而与脑部电极相连的电脑就会实时显示出受试者们想说的中文语句，最终十位患有癫痫的受试者均实现较为准确的中文语句输出。

这对于渐冻症、脑卒中等失语患者来说无疑是个好消息。同时这也是全球首例中文语义实时解码的临床成功试验——这可是比英文难十倍的语言系统。

发展至今，“脑机接口”已经不再是遥不可及的技术狂想。

脑机接口技术，是指通过在大脑与外部设备之间建立直接连接，实现大脑信号的读取、解读，甚至将外部信息写入大脑，从而帮助残疾人恢复运动、交流能力，甚至增强认知功能。

这项技术涉及神经科学、电子工程、计算机科学等多个高度复杂的学科交叉领域，所以研发投入巨大、技术门槛极高，多数成果长期处于实验室阶段。

但近几年，脑机接口的发展堪称迅速。

今年6月初，马斯克旗下的Neuralink不仅完成6.5亿美元融资，更通过脑植入技术成功让猴子“看到”并不真实存在的事物。

几乎同时，中科院脑科学与智能技术卓越创新中心联合复旦大学附属华山医院，成功开展了中国首例侵入式脑机接口的前瞻性临床试验，成为继美国之后全球第二个进入临床试验阶段的国家。

中科院这位接受临床试验的受试者，是一名因高压电事故导致四肢截肢的37岁男性。今年3月，受试者的大脑中植入该脑机接口设备，仅用2到3周的适应性训练，他便可以通过意念控制触摸板在电脑上下象棋、玩赛车游戏等，达到了跟常人控制电脑触摸板相近的水平。

但能通过脑机接口技术说出明确的中文语句，还是跟之前的成果有些不同。

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建造脑电大模型

目前，脑机接口正在与另一“风口”AI结合。

例如去年7月，专门从事脑机接口以恢复运动障碍患者功能的美国Synchron公司宣布，将OpenAI驱动的生成式人工智能集成到其脑机接口平台中。

上海岩思与华山医院的合作同样有AI的身影。

碳基人脑和硅基电脑能实现直接通讯，归因于“脑电信号”的存在。当我们专注于某个思维活动或对外界刺激做出反应时，大脑都会“点亮”一系列电信号“灯塔”。科学家们将灵敏的电极阵列植入人的大脑皮层，就能捕捉到大脑神经元活动产生的电信号，再把这些电信号传输到专门的芯片上。

不过脑电信号十分微弱，平均只有几十微伏的水平，需要在预处理阶段将信号放大，并过滤掉干扰噪声，只留下代表指令的核心信息。

但是组成人类颅骨的胶原蛋白并不是导电材料，所以就需要紧贴头皮、或侵入式地放置芯片对这些信号分析后，找出能够代表大脑意图的关键特征；处理后的信号进入计算机等设备，转化成具体的指令或反馈信息，就可以控制机器设备。

说了这么多，应该注意到一个难点了吧？研究人员是怎么知道每个脑电信号代表的分别是什么意思？

华山医院的高质量颅内脑电数据库已经向多家企业开放

其实这还要感谢华山医院多年积累的临床资源。华山医院在多年累积的数据基础上建立了一个高质量颅内脑电数据库。同时，华山医院与国内多家神经外科头部医院组建了“iBrain脑电数据联盟”。

上海岩思等企业只要加入联盟，就可以获得高质量颅内脑电数据集，直接用于脑机接口技术和产品研发。有了足够垂直、准确的数据，再加上解码技术，上海岩思就可以造出中国版“神经版GPT”，即“脑电大模型”。

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中文自带难度

就算有了这个脑电大模型，想要解读语言方面的脑电信号，尤其是中文脑电信号，都不是容易事。

它的AI转译链条大概是先识别声母/韵母再到音节，进而单字，最终推断语句。

从语言学角度来说，中文的声母、韵母、声调的排列组合加在一起，使得音素能多达400个；而英文却只有不超过50个。音素是根据语音的自然属性划分出来的最小语音单位，例如在汉语中，“啊”只有一个音素，“爱”有两个音素，“代”则有三个音素。

上海岩思利用脑电大模型破解了这个复杂语言系统难题。目前，脑电大模型对中文声母的识别准确率超83%，韵母识别准确率超84%，达到行业领先水平。

脑机接口示意图

大模型都不是一日练成的，脑电大模型也要不断经历精密调整才能准确判断出受试者想说什么。论文中提到，在模型训练阶段，每位参加临床试验的癫痫受试者都要耗费近两个小时去朗读50多个汉字。

这个过程中，电脑会采集受试者不同脑区、不同深度的脑电信号，将它们输入脑电大模型，进而解码。最终“炼”出来的其实是为每一名受试者所构建的个性化小模型。

依靠这种临床数据生态加算法优势的技术路径，中国的脑机接口临床研究其实正与国际先进水平齐头并进。

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编辑｜张毅

主编｜黎坤

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