斯坦福团队破解内心言语神经密码，并打造12.5万词汇系统

当地时间 8 月 14 日，美国斯坦福大学团队在Cell期刊发表脑机接口里程碑新成果，首次实现“读心术”级脑机接口突破。研究人员通过运动皮层微电极阵列，成功解码了人类内心言语的神经密码，为完全闭锁患者打造了“意念说话”系统。这项开创性工作不仅构建出全球首个 12.5 万词汇量的实时内心言语解码器，更发现了“尝试性言语”与“内心独白”共享神经表征的奥秘。

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与此同时，本次研究还攻克了以下两大难题：研究人员不仅实现了通过“神经指纹”来区分主动表达与私密思维，还设计了关键词锁定机制来守护用户思维隐私。可以说，这一成果标志着脑机接口迈入了从“运动解码”迈向“思维解码”的新阶段。

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证实内心言语具有稳定的神经表征模式，构建含有 12.5 万词语的脑机接口系统

语音脑机接口在为瘫痪患者恢复沟通能力方面展现出潜力，但也引发了关于其可能解码私人内心言语的相关讨论。而内心言语或许能成为一种替代方案，以便规避当前言语脑机接口要求用户进行物理性言语尝试的方式。要知道，要求用户进行物理性言语尝试不仅令人疲劳，还会减慢沟通速度。

本次研究通过对四名参与者的多单位记录研究发现，内心言语在运动皮层中存在稳定表征，并且用户想象中的语句能够被实时解码。内心言语的表征与尝试性言语高度相关，不过研究人员也识别出了一个能区分二者的神经“运动意图”维度。通过此，研究人员探究了解码私人内心言语的可能性，发现在序列回忆和计数等认知任务中，自由形式内心言语的某些方面可以被解码。与此同时，研究人员还研发了一项高保真策略，以便防止言语脑机接口在无意中解码私人内心言语，从而避免给用户带来不必要的麻烦。

众所周知，对于那些因为损伤或疾病导致瘫痪的人群来说，脑机接口能够为其恢复运动能力或沟通能力提供极具前景的解决方案。此前，已有成功案例表明，四肢瘫痪患者能够利用神经信号控制电脑光标、操纵机械臂，甚至控制自己的手臂。

最近，脑机接口更是能够通过对于书写和言语的精准解码实现用户的快速沟通，其速度甚至超过其他替代设备比如眼动追踪设备所能达到的水平。也有最新研究成果显示，一名肌萎缩侧索硬化症（ALS，Amyotrophic Lateral Sclerosis）患者已能成功将言语神经假体用于日常开放式沟通。

鉴于语音脑机接口的进展如此迅速，探明从言语运动皮层中所能解码出的信息的局限性具有重要意义。本次研究中，研究人员以及他们所接触的潜在用户的一大顾虑是：该技术可能会解码出用户并不打算大声说出的私人内心言语。

尽管并非所有人都会将内在认知与语言联系起来，但许多人表示自己存在“内心独白”的体验。内心言语，也称为想象言语、隐蔽言语、无声言语、自我对话、言语表象、内部独白或言语思维。它在理论上被认为可以支持多种复杂的认知过程，包括支持工作记忆、言语复述、逻辑推理、执行功能、行为控制和动机激发。这种现象同样存在于默读过程中，比如很多人都会在阅读时激发听觉或运动言语意象。

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研究人员指出，语音脑机接口在实际应用转化中仍然面临一定的挑战。当前大多数脑机接口系统要求用户必须尽力尝试发声（即“主动发声”），这种模式容易导致用户疲劳，并且对于瘫痪患者来说可能存在固有的速度限制。而假如一种脑机接口能够解码内心言语，用户仅需想象说话而无需实际发声，那么则将有望解决上述问题。

神经影像学和电生理学领域的研究均表明，内心言语与实际发声言语所激活的皮层网络相似但并不完全相同，这意味着为解码尝试性言语而植入的电极或许也能够实现对于内心言语的解码。对于内心言语与实际发声言语之间精确的神经差异，目前人们仍不明确。而采用皮层脑电图（ECoG，electrocorticography）的神经假体研究显示，内心言语可以从皮层的特定区域解码得出。但是，对于具体哪些区域起作用，领域内在相关结论上仍然存在一定分歧。

在近期一项研究中，另一支研究团队通过记录缘上回（SMG，supramarginal gyrus）内皮层微电极阵列的信号实现了内心言语解码，借此揭示出内心言语、实际发声言语和感知言语在该区域存在着共同的神经表征。

近年来，由多个学术机构比如美国布朗大学、美国斯坦福大学和美国麻省总医院等合作推进的研究项目 BrainGate2，旨在开发能够解码大脑运动意图的技术，以帮助严重瘫痪的患者恢复交流或运动能力

而本次来自斯坦福大学的研究人员通过分析四位植入运动皮层微电极阵列的 BrainGate2 临床试验参与者的神经信号，首次系统揭示了内心言语的神经表征机制。这一研究不仅证实内心言语具有稳定的神经表征模式，更构建出首个含有 12.5 万词语的实时内心言语脑机接口系统，该系统可以解码自定节奏的想象语句。值得注意的是，即使在未明确要求使用内心言语的任务中，系统仍能解码自由形式内心言语的特定特征。

通过神经几何学分析，研究人员发现内心言语可被视为是尝试性言语的弱调制版本，但是借助此次新发现的神经“运动意图”维度则可以有效地区分内心言语和尝试性言语。基于此，研究人员开发出一款高精度的过滤算法，其能使传统发声脑机接口系统自动地屏蔽内心言语信号。为了防止内心言语脑机接口的误输出，研究人员还设计了一种基于关键词识别的安全系统，用户可以通过默念特定关键词来实现系统的锁定与解锁，同时其检测准确率显著优于已有方法。

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首次为三名严重构音障碍患者打造实时内心语言脑机接口系统

研究人员指出，就运动皮层中的内心言语表征来说，言语毕竟是一种复杂的行为，因此会激活“言语网络”中的多个皮层区域。传统观点认为言语感知区域和言语产生区域是相互独立的，但是近期有研究表明即使在运动区域，言语产生和言语感知的神经机制也是相互关联且存在重叠的。领域内关于内心言语的研究也表明，尝试性言语产生与内心言语产生之间存在机制上的重叠。然而，目前在这些研究之中，不同研究团队在重叠程度以及言语运动皮层的作用方面尚未达成共识。

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本次研究发现，运动皮层中存在特定的功能分区，这些功能分区分别是中央前回中部（mid-precentral gyrus）与最腹侧（most ventral）。中央前回中部是指位于大脑初级运动皮层中间区域的功能分区，最腹侧指的是运动皮层中靠近腹侧下方的区域，这些区域对于内心言语、默读及被动听觉的神经表征具有显著相关性，并且其激活模式可被视为是尝试性言语的按比例缩减版本。这一发现与既往语音脑机接口研究是互相吻合的，即中央前回中部及最腹侧区域对言语解码的信号贡献度最大。

就皮层内言语脑机接口的意义来说，研究人员指出近期语音神经假体研究的进展，引发了人们关于运动皮层语言相关区域神经信号在多大程度上可能会泄露个体内心私密语言的讨论。

如前所述，该团队和潜在用户都提出了对于“思维隐私”的担忧。具体而言，当系统试图解码运动性言语意图时，语音脑机接口是否“能够读取用户的内部思想或内心独白”。而本次研究表明，通过借助运动意图维度进行精细的脑机接口解码训练，能够以高保真度防止内心语言的泄露。

（来源：Cell）

研究人员表示，内心语言或可成为改进语音脑机接口的新途径。不过，当前本次系统仅能依赖外部尝试性言语进行解码。研究中，研究人员首次为三名严重构音障碍患者打造了实时内心语言脑机接口系统。需要说明的是，构音障碍是一种因神经系统损伤导致的运动性言语障碍。

研究人员指出，与尝试性言语相比，这种内心语言脑机接口具有三大优势：首先，所需要的表达努力更少；其次，用户的舒适度更高；再次，能够绕过瘫痪患者因生理限制（如呼吸控制）导致的言语迟缓问题，因此有望使语音脑机接口达到接近正常语速的水平。但是，这类系统需要额外设计防护机制，以避免用户的内心想法意外“泄露”并被变成输出指令。研究中，研究人员通过关键词激活机制实现了解锁控制，确保仅在用户主动意图下才能启动解码，最终实现了较高精度的输出。

值得注意的是，研究人员还在一位仅存眼外肌运动能力、完全丧失发音器官控制功能的失语症患者身上对比评估了尝试性言语与内心语言。尽管两种状态下均未观察到任何肢体动作，但是尝试性言语仍然显示出更强的神经表征强度。这表明即使处于失语状态，运动皮层仍保持着发音意图的神经编码。这一发现也说明，对于接近或完全闭锁状态的患者而言，尝试性言语或可继续作为驱动语音脑机接口的有效行为范式。

最后，研究人员证实即使在那些没有明确指令的任务中，比如序列回忆、计数和引导性思考等，内心语言的某些特征仍然可以被解码。在成年人的认知活动中，内心语言作为一种思维工具，涉及到任务切换、规划、命题推理、他者心理推断、空间定向、分类归纳、认知控制以及阅读等多个维度。但是，目前研究人员还不清楚运动皮层在这些多样化情境中能在多大程度上普遍性地解码内心语言，因此关于这一方向仍需开展进一步研究。

此外，关于言语和语言在思维活动中的参与程度领域内仍然存在一定争议。而潜在的解码范围可能仅限于具体化的心理策略，比如言语记忆、计数或显性语言思维（例如回忆歌曲歌词）。研究人员指出，个体间的私密内心独白可能存在一定差异，而且未必会以具象化的方式呈现，这可能会导致其难以或无法从运动皮层信号中被解码。

总的来说，这项成果既是脑科学领域的重大飞跃，也引发了关于思维隐私与技术伦理的深刻思考，但它必将给脑机接口的应用带来更多的助力。

参考资料：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00681-6

https://www.linkedin.com/in/frank-willett-6b02b634a/

https://www.linkedin.com/in/erin-kunz-75123a72

排版：刘雅坤