據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，神經(jīng)科學(xué)家正在教導(dǎo)計(jì)算機(jī)直接從人腦中讀出單詞。近日，《科學(xué)》(Science)雜志的專職撰稿人凱利·塞維克(Kelly Servick)報(bào)道了預(yù)印本網(wǎng)站bioRxiv發(fā)表的3篇論文。在論文中，3個(gè)研究團(tuán)隊(duì)各自展示了他們?nèi)绾螌⑸窠?jīng)活動(dòng)記錄解碼成語(yǔ)音。在這3個(gè)研究中，研究人員在進(jìn)行腦外科手術(shù)的患者大腦上直接放置了電極，當(dāng)他們聽(tīng)取語(yǔ)音或者大聲朗讀文字時(shí)，這些電極就記錄神經(jīng)元的活動(dòng)。接著，研究人員嘗試解讀患者聽(tīng)到或說(shuō)出的內(nèi)容，患者大腦的電活動(dòng)都轉(zhuǎn)化成了某種程度上能夠理解的聲音文件。
第一篇論文發(fā)表在bioRxiv上，描述了研究人員向正在進(jìn)行腦外科手術(shù)的癲癇患者播放語(yǔ)音的實(shí)驗(yàn)。需要指出的是，實(shí)驗(yàn)中采集的神經(jīng)活動(dòng)記錄必須非常詳細(xì)，才能用于解讀。而且這種詳細(xì)的程度必須在十分罕見(jiàn)的條件(比如腦外科手術(shù))下才能達(dá)到，此時(shí)大腦暴露在空氣中，電極直接放在上面。
當(dāng)患者聽(tīng)取聲音文件時(shí)，研究人員記錄了患者大腦中處理聲音部分的神經(jīng)元活動(dòng)。他們嘗試了多種方法將神經(jīng)元活動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成語(yǔ)音，發(fā)現(xiàn)“深度學(xué)習(xí)”的效果最佳。深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)的分支，計(jì)算機(jī)可以在無(wú)人管理的情況下，通過(guò)深度學(xué)習(xí)來(lái)解決問(wèn)題。當(dāng)研究人員通過(guò)一個(gè)合成人類聲音的聲碼器播放轉(zhuǎn)化結(jié)果時(shí)，由11個(gè)聽(tīng)眾組成的小組解讀這些詞的準(zhǔn)確率是75%。
第二篇論文采用的是正在進(jìn)行切除腦腫瘤手術(shù)的患者的神經(jīng)元記錄。當(dāng)患者大聲朗讀單音節(jié)詞時(shí)，研究人員記錄了他們嘴里發(fā)出的聲音，以及他們大腦中發(fā)音區(qū)域的神經(jīng)元活動(dòng)。研究人員沒(méi)有訓(xùn)練計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)每一位患者的語(yǔ)音，而是教導(dǎo)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將神經(jīng)記錄轉(zhuǎn)化成音頻文件。結(jié)果顯示，這些音頻文件至少在相當(dāng)程度上是可以理解的，并且類似麥克風(fēng)錄音的效果。以上這兩項(xiàng)研究的聲音文件都可以在網(wǎng)上下載。
第三篇論文采用的神經(jīng)元活動(dòng)記錄來(lái)自大腦中將決定說(shuō)出的特定單詞轉(zhuǎn)化為肌肉運(yùn)動(dòng)的區(qū)域。盡管目前該實(shí)驗(yàn)的記錄還沒(méi)有在網(wǎng)上公布，但研究人員報(bào)道稱，他們成功重建了整個(gè)語(yǔ)句(也是在癲癇患者進(jìn)行腦外科手術(shù)時(shí)記錄的)，而且聽(tīng)到這些語(yǔ)句的人在多項(xiàng)選擇測(cè)試(共有10個(gè)選項(xiàng))中準(zhǔn)確進(jìn)行解釋的成功率是83%。該實(shí)驗(yàn)的方法依賴于識(shí)別出生成單個(gè)音節(jié)(而非整個(gè)單詞)所涉及的模式。
所有這些實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)都是相同的，即有朝一日使失去說(shuō)話能力(由于肌萎縮側(cè)索硬化癥或類似疾病)的人通過(guò)腦機(jī)界面來(lái)說(shuō)話。不過(guò)，目前這些應(yīng)用的科學(xué)基礎(chǔ)還未達(dá)到。
據(jù)《科學(xué)》雜志的報(bào)道，解讀一個(gè)人只在頭腦里想象說(shuō)話的神經(jīng)元活動(dòng)模式，要比解讀一個(gè)人聆聽(tīng)或發(fā)出語(yǔ)音的神經(jīng)模式復(fù)雜得多。不過(guò)，第二篇論文的作者表示，解讀一個(gè)人想象話說(shuō)時(shí)的大腦活動(dòng)也許是可能的。
必須說(shuō)明的是，這些都還只是很小型的研究。第一篇論文采用的只是來(lái)自5名患者的數(shù)據(jù)，而第二篇論文采用數(shù)據(jù)來(lái)自6名患者，第三篇?jiǎng)t只有3名患者。這些研究中記錄的神經(jīng)元活動(dòng)都沒(méi)有持續(xù)超過(guò)1個(gè)小時(shí)。盡管如此，科學(xué)仍然在向前發(fā)展。直接連接到大腦的人工語(yǔ)音設(shè)備似乎已經(jīng)有了真正的可能性，也許不遠(yuǎn)的將來(lái)我們就將見(jiàn)證它的誕生。
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