斯坦�？茖W(xué)家意外發(fā)現(xiàn)人類(lèi)言語(yǔ)的新突破

　　2020年,小時(shí)候經(jīng)常出現(xiàn)在科幻小說(shuō)里的年份,竟然,真的,要來(lái)了!!

　　汽車(chē)天上飛、機(jī)器人做家務(wù)、衣服自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、一些人移民火星、腦電波傳送意識(shí)……這些曾經(jīng)被“設(shè)定”在2020年的世界�？苹秒m然沒(méi)有完全變成現(xiàn)實(shí),但我們無(wú)疑正在見(jiàn)證很多新技術(shù)的誕生,有些進(jìn)展甚至超越曾經(jīng)的想象。

　　腦機(jī)接口(BCI)就是一項(xiàng)聽(tīng)起來(lái)頗為科幻的技術(shù),它借助對(duì)神經(jīng)電活動(dòng)信號(hào)的解讀,實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備與大腦的信息交流。最近,來(lái)自斯坦福大學(xué)的神經(jīng)外科專(zhuān)家和工程師聯(lián)合,在腦機(jī)接口領(lǐng)域取得的意外發(fā)現(xiàn),顛覆了人們過(guò)去幾十年對(duì)大腦的認(rèn)識(shí),也提供了一條新途徑,未來(lái)可以讓研究人員幫助喪失說(shuō)話(huà)能力的人恢復(fù)言語(yǔ)。

　　▲研究成果發(fā)表在著名開(kāi)源期刊eLife▲研究成果發(fā)表在著名開(kāi)源期刊eLife

　　1930年代,神經(jīng)外科醫(yī)生Wilder Penfield與同事提出過(guò)一個(gè)模型,來(lái)解釋大腦如何控制動(dòng)作。在大腦橫跨頭頂位置的一長(zhǎng)條區(qū)域,也就是運(yùn)動(dòng)皮層,不同的片區(qū)分別控制著手、腿、臉等不同部位的動(dòng)作。

　　后來(lái)的研究逐漸讓這個(gè)簡(jiǎn)化的模型更復(fù)雜,比如發(fā)現(xiàn)負(fù)責(zé)手指、手掌等細(xì)分部位的腦區(qū)有一定交叉。但總的來(lái)說(shuō),正如我們?cè)谏窠?jīng)科學(xué)教科書(shū)上�？吹降摹斑\(yùn)動(dòng)小人”模型所示:人體各個(gè)主要部位受到皮層不同區(qū)域分別控制。

　　▲“運(yùn)動(dòng)小人”的器官越大,說(shuō)明大腦負(fù)責(zé)該器官動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)域越大(圖片來(lái)源:123RF) ▲“運(yùn)動(dòng)小人”的器官越大,說(shuō)明大腦負(fù)責(zé)該器官動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)域越大(圖片來(lái)源:123RF)

　　在十年前啟動(dòng)的一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中,研究腦機(jī)接口的科學(xué)家們開(kāi)始在一些志愿者的大腦皮層植入特殊的傳感器,讀取特定腦區(qū)的神經(jīng)元信號(hào),并用算法把信號(hào)轉(zhuǎn)化為動(dòng)作,目的是讓這些癱瘓的志愿者靠“意念”控制計(jì)算機(jī)和假肢之類(lèi)的設(shè)備。

　　在其中幾名參與者的大腦中,傳感器就被放置在他們運(yùn)動(dòng)皮層內(nèi)一個(gè)被稱(chēng)為“把手(hand knot)”的區(qū)域。這個(gè)區(qū)域過(guò)去一直被認(rèn)為與手和手臂的動(dòng)作有關(guān)。

　　2017年,斯坦福大學(xué)的電氣工程學(xué)家Krishna Shenoy教授和神經(jīng)外科專(zhuān)家Jaimie Henderson教授聯(lián)合,發(fā)表了該項(xiàng)目的一項(xiàng)重磅進(jìn)展:他們利用這一腦機(jī)接口解碼了該腦區(qū)神經(jīng)元的“運(yùn)動(dòng)手和手臂”的信號(hào),讓幾名癱瘓人士成功實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)快速的意念打字!

　　▲植入大腦運(yùn)動(dòng)皮層“把手”區(qū)域的兩個(gè)傳感器,可以記錄該區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)▲植入大腦運(yùn)動(dòng)皮層“把手”區(qū)域的兩個(gè)傳感器,可以記錄該區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)

　　當(dāng)Shenoy教授和Henderson教授共同領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在繼續(xù)解碼這幾名志愿者腦中的神經(jīng)信號(hào)時(shí),這一次有了出乎意料的新發(fā)現(xiàn)!

　　第一作者Stavisky博士介紹,參與試驗(yàn)的2名患者因脊髓損傷而四肢癱瘓,但仍然可以說(shuō)話(huà)。于是,研究人員得以在志愿者大聲說(shuō)話(huà)時(shí),去查看他們運(yùn)動(dòng)皮層手部活動(dòng)相關(guān)區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)�！斑@是一個(gè)典型的‘我不知道會(huì)發(fā)生什么’的研究,”Shenoy教授說(shuō),“但我們說(shuō):試一試吧�！�

　　▲傳感器上的電極陣列能以單個(gè)神經(jīng)元的分辨率記錄志愿者的神經(jīng)活動(dòng)信號(hào)

    ▲傳感器上的電極陣列能以單個(gè)神經(jīng)元的分辨率記錄志愿者的神經(jīng)活動(dòng)信號(hào)(Howard Hughes Medical Institute,Credit:Peter Barreras)結(jié)果,Stavisky博士和同事們發(fā)現(xiàn),給出“開(kāi)始說(shuō)話(huà)”的提示后,志愿者的神經(jīng)元活動(dòng)竟然也發(fā)生了明顯的變化。這些神經(jīng)元本該在控制手和手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)活躍,沒(méi)想到的是,它們?cè)谥驹刚甙l(fā)聲說(shuō)話(huà)時(shí)也變得活躍。

　　不僅如此,當(dāng)志愿者發(fā)出的聲音不同,這些神經(jīng)元的活動(dòng)模式也有所不同。研究者向志愿者提供了10個(gè)詞組成的列表,分別記錄他們?cè)谡f(shuō)每個(gè)詞時(shí)的神經(jīng)信號(hào)。通過(guò)分析神經(jīng)活動(dòng)模式,研究人員可以識(shí)別出志愿者是在說(shuō)哪個(gè)詞,在2名志愿者中的準(zhǔn)確率達(dá)到85%和55%!

　　Stavisky博士表示,他們接下來(lái)想要在志愿者說(shuō)更長(zhǎng)句子和段落時(shí),記錄這一腦區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)。然后,通過(guò)解碼神經(jīng)信號(hào),來(lái)重現(xiàn)志愿者說(shuō)的話(huà)。

　　▲這項(xiàng)研究的三位主要作者Stavisky博士、Shenoy教授和Henderson教授▲這項(xiàng)研究的三位主要作者Stavisky博士、Shenoy教授和Henderson教授

　　腦機(jī)接口領(lǐng)域的另一位知名科學(xué)家、加州大學(xué)舊金山分校的Edward Chang教授評(píng)論說(shuō),“這篇論文讓我感到非常興奮。它引發(fā)了一個(gè)問(wèn)題:大腦特定區(qū)域的功能分配有多強(qiáng)的排他性……我認(rèn)為這(缺乏排他性)是我們過(guò)去沒(méi)有充分意識(shí)到的。”

　　這也意味著,讓失去說(shuō)話(huà)能力的人重新發(fā)聲說(shuō)話(huà),運(yùn)動(dòng)皮層中與手部動(dòng)作有關(guān)的區(qū)域或許是一個(gè)過(guò)去未知的突破口。

責(zé)任編輯：胡金鵬