Cell | 科学家研发出一种利用心理密码保护隐私的脑机接口装置

研究人员成功识别并解读了与内心语言（人们内心的无声对话）相关的大脑活动。在《Cell》杂志发表的一项新研究中，一个科学家团队展示了一种系统，该系统可以根据指令解码这些无声想法，准确率高达74%，这一进展或将彻底改变失语人士的沟通方式。

脑机接口技术在协助重度残疾人士方面展现出越来越大的潜力。这些系统通过解读脑信号并将其转化为动作来工作，例如移动机械臂或在屏幕上打字。最近的进展甚至使脑机接口能够解码瘫痪患者的言语尝试，即使没有发出声音，系统也能解读患者在身体尝试造词时产生的大脑活动。虽然这种尝试言语的过程比眼动追踪等传统方法更快，但对于肌肉控制能力有限的用户来说，仍然可能比较缓慢且费力。

在斯坦福大学的Erin Kunz和Benyamin Meschede-Krasa的带领下，该研究团队探索了一种可能更轻松的替代方案：直接解码内部语言。他们的想法是探索脑机接口能否解读那些仅凭想象产生的单词的神经信号，而无需任何实际的言语表达。这种方法可以为患有严重言语和运动障碍的人士提供一种更舒适、更快捷的沟通方式。

“如果只需用脑子思考而不是实际尝试说话，人们可能会更容易、更快速地沟通，”Meschede-Krasa说道。

这项研究涉及四名因肌萎缩侧索硬化症或脑干中风导致严重瘫痪的参与者。每位参与者的运动皮层（大脑中控制言语的关键区域）都被植入了微电极阵列。研究人员记录了这些传感器的神经活动，同时要求参与者执行不同的任务。这些任务包括尝试大声说出一组单词，以及简单地在内心想象说出相同的单词。

通过数据分析，研究团队发现，尝试说话和内心说话激活了大脑中重叠的区域。这两种行为的神经活动模式非常相似。一个显著的区别是，与尝试说话相关的大脑信号相比，与内心说话相关的大脑信号通常强度较弱。这表明，想象说话会激活许多与准备大声说话相同的神经回路，但强度较低。

研究人员利用从内心说话任务中收集的数据，训练人工智能模型来识别和解读特定想象词语的模式。他们在概念验证实验中展示了该系统的能力。脑机接口能够解码参与者想象说出的完整句子。在使用12.5万个词汇进行测试时，该系统的准确率高达74%。

该系统还展现出解码非明确指令中想法的能力。例如，当参与者被要求默数屏幕上粉色圆圈的数量时，脑机接口能够解码一系列递增的数字。这一发现表明，该技术有可能解读认知任务中自然发生的、自发的、未经提示的内心言语。

“这是我们首次成功理解当你仅仅想说话时大脑活动的形态，”昆兹说道。“对于患有严重言语和运动障碍的人，能够解码内心言语的脑机接口可以帮助他们更轻松、更自然地进行交流。”

虽然尝试性言语和内心言语之间的相似性为沟通开辟了新的可能性，但也引发了关于心理隐私的问题。为了解决这个问题，研究小组更仔细地研究了这两种神经活动之间的区别。他们发现，虽然模式相似，但它们之间的差异足以让系统可靠地区分它们。

斯坦福大学的资深作者弗兰克·威利特指出，这种区别可以用来训练脑机接口，使其专门忽略内心言语，防止系统意外输出用户的私人想法。

在此基础上，研究人员为那些可能希望使用内部语言进行交流的用户展示了一种实用的隐私控制方法。他们开发了一种密码控制机制，可以防止脑机接口解码任何内部语言，除非它被有意激活。

在他们的实验中，用户可以想一个特定的关键词短语“chitty chitty bang bang”来解锁系统。一旦想出密码，设备就会开始将内心的语音翻译成文本。系统识别这个无声密码的准确率超过98%，为用户提供了一种可靠的方式，可以控制他们的想法何时被翻译。

研究人员承认他们工作的局限性。目前的系统尚无法在不犯重大错误的情况下解码自由形式、非结构化的内心语音。这项研究的参与者规模也较小，未来还需要开展研究，以了解这些发现如何应用于更广泛的人群。所展示的隐私机制只是初步阶段，随着技术的进步，还需要进一步发展。

尽管存在这些局限性，但该团队相信，配备更多传感器和改进算法的更先进的设备，终有一天能够更流畅地解码内心的想法。这些发现代表着朝着开发不仅有效，而且对用户来说舒适且可控的沟通工具迈出了重要一步，让用户能够选择何时说话，何时进行私密思考。

“脑机接口的未来一片光明，”威利特说道。“这项研究带来了真正的希望，即语音脑机接口有朝一日能够恢复像会话语音一样流畅、自然和舒适的交流。”

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