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时间:2023-02-03  浏览次数:663

  创造该纪录的团队来自斯坦福,前两天,他们刚将相关论文预印本放上bioRXiv,引来不小关注。

  未参与项目的加州大学旧金山分校研究员Philip Sabes,将之称为“重大突破”。他认为,相关技术很快将走出实验室,进入落地阶段。

  值得一提的是,论文发表同一天,共同主要作者之一的Krishna Shenoy因胰腺癌去世,不少学者与研究机构为此悼念。

  意念打字过去一直是脑科学领域的热门研究方向,也备受社会大众关注,更早之前的实现方法是——让受试者在脑中手写字母,或是在脑中读出特定读音,再靠系统识别。

  具体来说,他们依靠一套语音脑机接口(BCI)系统,识别人类说话中相关的口腔、面部神经活动情况,通过解码其动作控制信号,再去输出受试者想表达的文本。

  此番受试者是一位女性,时年67岁,她在57岁时被诊断出患有肌萎缩性侧索硬化症 (ALS),该病症让她在很长时间被吐字发音不清折磨,说话仅能发出几个元音,辅音几乎很难分辨。

  为保护隐私,该受试者被团队称为T12,2021年的研究中,他们也用了同样方法,将另一位男性受试者称为T5。

  2022年3月,经当事人同意,科学家为其在脑中植入四个微电极阵列,以检测语言相关神经活动情况。

  比如,让受试者睁眼、闭眼、眨眼以观察控制眼皮相关神经元活动;再比如让嘴唇张开、闭合、微笑,以检测相关脑区活动。当然,实验观察部位还包括:额头、下巴、喉部、舌头等。

  科研团队发现,不同动作之间神经活动高度分离,在特定检测频率下,他们针对34个口部面部动作进行解码,准确率为92.7%,若面向39个音素,解码准确率为60%。这侧面说明原计划具备可操作性。

  科研工作者预先准备了一个RNN解码器,以80ms为间隔,检测识别神经活动信号,这当中,神经网络会依靠最大概率判断输出单词,错误的发音也将被纠正,最终输出文本。

  百天之后的测试中,无论是否发出声音,对单词的识别速度均在每分钟50词以上,该表现大约是该团队此前2021年纪录的3倍。

  针对50个单词的表达,识别错误率在9.1%,即便受试者进行不发声表达,错误率也仅11.2%。

  针对12500单词库时,表达识别的错误率为23.8%,不发声输出错误率为24.7%,该错误率与之前研究面向50词的测试情况正误情况基本持平,能看出该方法准确度大幅上升。

  结果显示,随着单词数量提高,错误率的确会升高,但在1000词量级趋于平缓(下方左图),团队由此认为,日后研究通过压缩单词数不一定有效。

  但对于植入电极数量来说,更多的通道数(精度)的确会带来错误率降低。如下方右图,从500提升到1000,错误率从4%,降低到了1.9%。

  另值得一提的是,即便未经训练,面向新数据,系统单词错误率也只有30%。且通过训练,错误率会不断下降。

  对于后续研究,团队指出该成果目前还不是完整的、临床上可落地的系统。此外,24%错误率在日常生活中也还不够低,后续研究将在各方面努力。

  本文一作是Francis Willett,来自斯坦福霍华德休斯医学研究所,主要研究领域为脑机接口、运动神经科学,他也对人工神经网络模型有所涉猎。

  2021年登上Nature封面的意念打字研究中,他也是一作。跟上次一样,此番他表示——将会公布研究的代码和数据。

  另一位主要作者是Erin Kunz,来自斯坦福电气工程系在读博士,此前,她还曾在通用担任自动驾驶工程师。

  2021年登Nature的论文,他亦是贡献者之一,此前研究中,他破译了与手写笔记相关的大脑信号,让截瘫患者快速准确地打字。

  比如2022年11月,加利福尼亚大学旧金山分校(UCSF)提出的一种不同方法。他们通过植入128通道皮质电图(ECoG)阵列,外加一个经皮连接器,用来连接植入设备和外部系统。

  在识别方式上,他们所想到的是——让受试者在脑中默念字母NATO代码(比如α代替a,β代替b),完成逐个字母输入,平均2秒可键入一个字母,最终平均字符错误率仅6.13%。

  之前,量子位智库对该趋势也有所展望,认为“意念打字”乃至背后的脑机接口技术已在商业化发展上初具雏形。

  另值得一提的是,去年末马斯克及Neuralink还让猴子搞了一回“意念打字”,虽说是用训练猴子意念点击屏幕中的黄色按钮,但也算“蹭”了一波。

  当时,马斯克还说,他和Neuralink已向FDA递交了诸多文件,预计6个月后(预计今年六月)开启人体试验。

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