科技日報記者 張夢然

美國加州大學(xué)戴維斯分校團隊開發(fā)出一種研究性腦機接口，有望幫助因神經(jīng)系統(tǒng)疾病而失去說話能力的人重新“發(fā)聲”。這項成果發(fā)表在最新一期《自然》雜志上，展示了該技術(shù)如何在人嘗試說話時，立即將大腦活動轉(zhuǎn)化為語音，從而創(chuàng)建出一種“數(shù)字聲帶”。

這項技術(shù)已在一名患有肌萎縮側(cè)索硬化癥（俗稱“漸凍癥”）的參與者身上測試成功。他通過植入式腦機接口，借助計算機與家人實時對話，不僅可以控制語調(diào)，還能唱出簡單的旋律。

此前的語音腦機接口主要將神經(jīng)活動翻譯成文本，類似于發(fā)送短信，存在延遲并影響自然交流。而這種新型實時語音合成系統(tǒng)則更接近于語音通話，使用戶能夠更自然地參與對話。

新植入式腦機接口系統(tǒng)由4個微電極陣列組成，電極通過手術(shù)植入大腦中負責語音生成的區(qū)域。當參與者試圖說話時，電極記錄下神經(jīng)元的活動，并將信號傳輸?shù)酵獠坑嬎銠C進行解碼，最終重建語音輸出。團隊還開發(fā)了一種新算法，能將每一時刻的大腦活動精確轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的語音，參與者可通過調(diào)整音高來表達不同的情感或意圖，比如提問、發(fā)出感嘆或強調(diào)某個詞語。

新技術(shù)的速度非常快，從神經(jīng)信號采集到語音合成僅需1/40秒——這個延遲時間幾乎等同于人們正常說話時聽到自己聲音所需的時間。

參與者還能用該系統(tǒng)“唱”出簡短的旋律，顯示出語音合成的靈活性。聽眾對合成語音的理解率達到近60%，而在不使用該系統(tǒng)的情況下，他的語音僅能聽懂約4%。

實現(xiàn)這一過程的關(guān)鍵在于先進的人工智能算法。通過對數(shù)百個神經(jīng)元放電模式的分析，團隊成功地將這些模式與參與者試圖產(chǎn)生的語音同步。這使得算法能在沒有語音輸入的情況下，僅憑神經(jīng)信號就準確重建他想要表達的聲音。

這項研究標志著腦機接口技術(shù)在恢復(fù)自然語言能力方面邁出的重要一步，為因疾病或損傷而失語的人群帶來了新的希望。未來，其有望應(yīng)用于更多患者，推動神經(jīng)假體領(lǐng)域邁向更加智能化和人性化。

總編輯圈點

這項研究不僅實現(xiàn)了大腦信號向語音的實時轉(zhuǎn)換，更重要的是，它恢復(fù)了交流中的語調(diào)變化和節(jié)奏控制，使溝通更自然、更個性。相較于以前的輸出方式，明顯提升了交流效率與情感表達，極大增強了使用者在對話中的主動性和參與感。相信這項技術(shù)有潛力廣泛應(yīng)用于漸凍癥、中風、腦干損傷等導(dǎo)致喪失語言能力的疾病治療中。同時，隨著算法優(yōu)化和硬件小型化，還能拓展到更多神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域，甚至推動人機交互邁向更智能化與人性化。