斯坦?？蒲腥藛T問道：「談?wù)勆洗稳タ屏_拉多大峽谷的旅游經(jīng)歷吧，什么東西給你留下了最深的印象？」

坐在對(duì)面的婦女并未對(duì)這段美好回憶侃侃而談，而是盯著一臺(tái)被 26 個(gè)字母和一些功能鍵占滿的電腦顯示器。屏幕上的光標(biāo)不斷游移，在碩大的字母按鍵之間跳躍，每次停留都只能選擇其中一個(gè)字母。而控制這些光標(biāo)移動(dòng)的，并不像正常人一樣握著鼠標(biāo)點(diǎn)擊的那么輕松。

她由于身患肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥（簡(jiǎn)稱 ALS，又稱盧·格里克氏癥）而全身癱瘓，因此無(wú)法使用手進(jìn)行控制。不過(guò)，使用植入到大腦中的芯片她能夠移動(dòng)屏幕上的光標(biāo)，然后選擇想要表達(dá)的字母。

在緩慢的光標(biāo)游移中，通過(guò)字母的組合她在屏幕上打出了「I enjoyed the beauty，」（我非常享受那邊的旖旎風(fēng)光）。

同期參與本次科研項(xiàng)目的共有三名，在不懈努力下項(xiàng)目的科研結(jié)果出版在今天的期刊《eLife》上，介紹了癱瘓患者在利用腦機(jī)接口（BCI）方面取得的突破性進(jìn)展。這名婦女主要負(fù)責(zé)測(cè)試這款卓越設(shè)備的「free typing」（自由打字）能力，圍繞著科羅拉多大峽谷的旅游經(jīng)歷，根據(jù)她所選擇的問題進(jìn)行自由回答。

而另一名患者，因脊髓損傷而癱瘓的 64 歲男子則負(fù)責(zé)測(cè)試設(shè)備的「copy typing」（復(fù)制打字）功能。他負(fù)責(zé)復(fù)制打字類似于「The quick brown fox jumped over the lazy dog。」（敏捷的棕色狐貍跳過(guò)這條懶狗。）這樣的句子，最終測(cè)試結(jié)果顯示每分鐘能夠輸入 8 個(gè)單詞。

科研團(tuán)隊(duì)的重要成員、斯坦福神經(jīng)外科醫(yī)生 Jaimie Henderson 說(shuō)道，這個(gè)輸入速度是此前全球最佳記錄的四倍。團(tuán)隊(duì)表示未來(lái)將進(jìn)一步改善用戶界面，包括常見于智能手機(jī)的聯(lián)想自動(dòng)完成軟件等等，將會(huì)大幅提升輸入性能。

這臺(tái)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的設(shè)備距離臨床使用還有很長(zhǎng)的距離：為了能夠讓植入到大腦的芯片對(duì)外發(fā)送數(shù)據(jù)，項(xiàng)目參與者需要佩戴專用的頭戴式組件，并通過(guò)線纜連接到計(jì)算機(jī)上。為了讓這款設(shè)備能夠應(yīng)用于癱瘓患者的日常生活，而不是僅僅局限于實(shí)驗(yàn)室，Henderson 所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在 BrainGate 財(cái)團(tuán)（由多所大學(xué)合作成立）的多方位支持快速發(fā)展。在接受外媒 IEEE Spectrum 采訪時(shí)，Henderson 表示：「我們的所有研究都是為了幫助殘疾人?！?/p>

盡管通過(guò)腦部手術(shù)來(lái)植入安裝芯片顯得有點(diǎn)偏激，但是 Henderson 的團(tuán)隊(duì)在近期的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，癱瘓患者對(duì)于嘗試使用各種 BCI 技術(shù)的意愿非常高。如果這款原型設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線，如果能夠讓他們每分鐘輸入 2 個(gè)單詞，大約有 30% 的受調(diào)查的脊髓嚴(yán)重患者表示愿意進(jìn)行大腦植入，

這套系統(tǒng)的工作原理是這樣的：首先將微型芯片植入到運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)（支配對(duì)側(cè)軀體隨意運(yùn)動(dòng)的中樞）上，該芯片只有最低劑量的阿司匹林大小。即使癱瘓無(wú)法移動(dòng)，但是患者依然能夠產(chǎn)生類似于移動(dòng)右手的思想，而植入芯片的電極陣列就能記錄神經(jīng)元觸發(fā)（fire）發(fā)送的電信號(hào)。而 BrainGate 解碼軟件能夠截取這些信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成為移動(dòng)電腦光標(biāo)的指令。

更為有趣的是，當(dāng)科研人員為不同項(xiàng)目參與者進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置的時(shí)候系統(tǒng)依然能夠很好的完成任務(wù)。為了提升解碼能力，每位參與人員都需要想象一系列不同的移動(dòng)方式（例如抬起整個(gè)右臂或者擺動(dòng)左手拇指），科研人員對(duì)電極記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而嘗試找到最明顯和最可靠精準(zhǔn)的信號(hào)。

每名參與者最后都想象成不同的移動(dòng)方式來(lái)控制光標(biāo)?；加? ALS 的婦女想象成通過(guò) 移動(dòng)食指和大拇指來(lái)分別控制光標(biāo)左右和上下移動(dòng)。Henderson 表示經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的磨合，她不再需要思考如何控制這兩個(gè)拇指移動(dòng)。他說(shuō)道：「當(dāng)她熟練掌握后，她表示并不需要額外的思考，她感覺就像是在操控一個(gè)操縱桿?！?/p>

而那名因脊髓損傷的男性參與者則想象成移動(dòng)整個(gè)手臂，就像是在平面上滑動(dòng)冰球。Henderson 表示：「每名參與者的控制方式都能得到很好的兼容和發(fā)揮。」

在啟動(dòng)這項(xiàng)研究之前，Henderson 所帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)層在猴子和人類志愿者上進(jìn)行了大量研究。在 2015 年對(duì)人類的研究中，科研人員嘗試了全新的解壓算法從而更精準(zhǔn)的了解用戶想要移動(dòng)的方向。通過(guò)名為 Dasher 的單詞預(yù)測(cè)軟件，證明這款軟件能夠勝任打字輸入任務(wù)，能夠讓 ALS 患者每分鐘打 6 個(gè)單詞。

2016 年對(duì)靈長(zhǎng)類動(dòng)物的研究項(xiàng)目中，對(duì)這個(gè)升級(jí)版算法進(jìn)行了測(cè)試：不僅能夠精準(zhǔn)的確認(rèn)光標(biāo)移動(dòng)的方向，而且還能確認(rèn)用戶是否想要點(diǎn)擊某個(gè)東西。通過(guò)這個(gè)點(diǎn)擊式系統(tǒng)，在猴子上的試驗(yàn)證明了能夠移動(dòng)光標(biāo)到高亮的目標(biāo)上。

通過(guò)將高亮的目標(biāo)轉(zhuǎn)換為字母，科研人員讓猴子模擬打字任務(wù)。然后敲擊字母的組合，形成各種句子，類似于哈姆雷特的經(jīng)典句子「To be or not to be——that is the question?！沟鹊?。測(cè)試結(jié)果顯示這些猴子最高能夠達(dá)到每分鐘 12 個(gè)單詞的速度。當(dāng)然，它們并不能理解敲打這些句子所代表的含義。

而在最新研究報(bào)告中所使用的升級(jí)算法，能夠更加自然的提出問題或者進(jìn)行回答。這份報(bào)告的聯(lián)合作者，同時(shí)也是斯坦福大學(xué)新 Brain Interfacing Laboratory 主任 Paul Nuyujukian 表示，哪怕是本次項(xiàng)目的參與者，她們也不是很了解自由打字所代表的含義。

Nuyujukian 表示：「這個(gè)項(xiàng)目的部分疑問顯然需要等待臨床測(cè)試才能得到回答。當(dāng)這些人能夠綜合表達(dá)他們想要傳達(dá)的內(nèi)容，那么是否可以進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊？而這些東西顯然不可能在猴子上試驗(yàn)得出?！顾硎荆讵q豫選擇什么答案的心理行為極有可能在通訊過(guò)程中產(chǎn)生干擾。

解碼器的不斷成熟已經(jīng)證明在未來(lái)能夠勝任這項(xiàng)任務(wù)，標(biāo)志著這項(xiàng)實(shí)用的通信技術(shù)正一步步走向?qū)こ０傩占抑小?/p>

不過(guò)項(xiàng)目所迎接的挑戰(zhàn)依然非常巨大：BrainGate 研究人員想要研發(fā)能夠完全植入，無(wú)線的系統(tǒng)，而且并不需要頻繁的校準(zhǔn)來(lái)確保解碼器正常工作。Henderson 表示在 BrainGate 集團(tuán)的投資下，正朝著所有預(yù)期目標(biāo)推進(jìn)。

一旦 BCI 設(shè)備經(jīng)過(guò)打磨精煉，不僅僅能夠輸入打字系統(tǒng)，還能控制其他東西。癱瘓患者能夠使用腦電波來(lái)控制輪椅，機(jī)器人手臂，或者能夠通過(guò)電極來(lái)刺激他們沉睡／萎縮的肌肉。

斯坦福大學(xué)的科研人員表示共同參與本次試驗(yàn)的三名參與者，不僅對(duì)項(xiàng)目理論進(jìn)行了驗(yàn)證測(cè)試，而且也為技術(shù)的研發(fā)提供了資金方面的支持。在每個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)，科研人員表示這些參與人員都對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)作提供了很多有用的反饋。

Nuyujukian 回憶道，當(dāng)科研人員正和那位身患 ALS 的女性測(cè)試者測(cè)試光標(biāo)控制的算法時(shí)候，她說(shuō)道有：「有些東西發(fā)生變化了，光標(biāo)并不能向右移動(dòng)?！筃uyujukian 回憶道：「經(jīng)過(guò)第二天的測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)她是對(duì)的，我們?cè)诖a中發(fā)現(xiàn)了一處錯(cuò)誤?！?/p>

via IEEE.spectrum

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