9月8日,，據(jù)國外媒體報(bào)道，美國猶他大學(xué)科學(xué)家近日利用兩組植入癲癇患者大腦中的微電極陣列成功實(shí)現(xiàn)將大腦信號轉(zhuǎn)化為口語單詞,。這一重大研究成果將能夠幫助因患嚴(yán)重麻痹癥而失去語言能力的患者輕松地表達(dá)自己的思想,。
據(jù)科學(xué)家介紹，這種微電極陣列每組包括16個微電極,，通常植入到頭骨之下,，大腦之上。美國猶他大學(xué)生物工程學(xué)助理教授布拉德利-格雷格爾介紹說,，“通過這種設(shè)備我們可以獲得大腦信號,。只需這些大腦信號，我們就可以將其解碼為人類口語單詞,。這種設(shè)備將可以長期幫助因患嚴(yán)重麻痹癥而失去語言能力的患者,。”
由于這種方法還需進(jìn)一步完善，此外還涉及到植入大腦這一復(fù)雜的過程,，因此格雷格爾表示該方法要投入到用于治療“閉鎖綜合癥”等疾病的臨床實(shí)驗(yàn)還需數(shù)年時間,。科學(xué)家的研究成果論文發(fā)表于九月版的《神經(jīng)工程學(xué)》雜志之上,，論文論證了將大腦信號解碼為計(jì)算機(jī)發(fā)音的口語單詞的可行性,。
猶他大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)將兩組微電極陣列植入到一位志愿者的大腦語言中樞上方。這位志愿者患有嚴(yán)重的癲癇癥,，已經(jīng)經(jīng)歷過一次開顱手術(shù),。因此，醫(yī)生很容易將更大的傳統(tǒng)電極放置于導(dǎo)致他癲癇發(fā)作的源頭,，從而從手術(shù)上可以阻止癲癇的發(fā)作,。
患者被要求閱讀如下十個英語單詞，即“是,、不,、熱、冷,、饑餓,、口渴、哈羅,、再見,、更多和更少”。通常認(rèn)為,，這十個英語單詞對于麻痹癥患者的康復(fù)很有幫助,。隨著患者不斷重復(fù)這十個英語單詞,，科學(xué)家們也記錄下他的大腦信號。接下來,，他們在嘗試解碼這些大腦信號分別代表十個單詞中的哪一個,。當(dāng)患者說“是”或“不”時，科學(xué)家們再分別對比這兩個單詞所產(chǎn)生的大腦信號,。
目前,，他們已能夠較好地區(qū)分清每一個單詞的大腦信號，每一次的準(zhǔn)確率達(dá)76%到90%,。不過,，當(dāng)他們一次性檢測所有10個大腦信號時，準(zhǔn)確率只有28%到48%,。這一準(zhǔn)確率比隨機(jī)檢測的準(zhǔn)確率(應(yīng)該是10%)要高,。但是，對于一個將患者思想翻譯為計(jì)算機(jī)發(fā)音的口語語言的設(shè)備來說,，這種準(zhǔn)確率還不夠高,。
格雷格爾表示，“這是一種概念的實(shí)驗(yàn),。我們已經(jīng)證明這些信號能夠告訴你患者在說什么,，而且準(zhǔn)確率比隨機(jī)性要高。但是,，我們需要進(jìn)一步完善,，爭取能夠識別出更多的單詞，準(zhǔn)確率更高,。這樣,，患者將能夠真正地發(fā)現(xiàn)它的用處。”格雷格爾希望,，患者最終將受益于這項(xiàng)研究成果,。將來,，通過一個無線設(shè)備,，就可以將患者的思想轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)發(fā)音的口語語言,。這些患者包括由于腦中風(fēng)、葛雷克氏癥以及外傷導(dǎo)致的麻痹癥患者,。“閉鎖綜合癥”患者通常通過自己盡可能做出的動作與他人進(jìn)行交流,，如眨眼睛或輕輕地移動手部。
與格雷格爾一起共事的猶他大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的其他成員還包括電子工程師斯賓塞-科利斯,、工程學(xué)院院長理查德-布朗以及神經(jīng)外科學(xué)助理教授保羅-豪斯等人,。論文的另一聯(lián)合作者凱-米勒是來自美國華盛頓大學(xué)的一位神經(jīng)學(xué)科學(xué)家,。這項(xiàng)研究由美國國立衛(wèi)生研究院,、美國國防部高級研究計(jì)劃署,、猶他大學(xué)研究基金會以及美國國家自然科學(xué)基金會等單位聯(lián)合贊助。
這項(xiàng)研究采用了一種新型的非穿透性微電極,，這種電極置于大腦之上,，但沒有穿透大腦。它們通常也被稱為“微電極陣列”,，因?yàn)樗鼈兪怯糜谀X皮層電圖中的體積更大的電極的微縮版,，即微腦皮層電圖電極。
對于某些通過藥物治療病情仍未得到控制的癲癇癥患者來說,，可以通過開顱手術(shù),，將一個包含有腦皮層電圖電極的硅樹脂墊置于大腦之上數(shù)日或數(shù)周時間。這種鈕扣大小的腦皮層電圖電極不會穿透大腦,，但可以檢測到反常的電行為,，從而幫助外科醫(yī)生定位并移除大腦中導(dǎo)致癲癇發(fā)作的一小部分。
去年,，格雷格爾和同事們已經(jīng)發(fā)表過一篇論文,，該論文證明，更小的微電極能夠“讀取”用于控制手臂動作的大腦信號,。去年參與研究的一位癲癇癥患者志愿參與今年的新研究計(jì)劃,。
由于微電極不需要穿透大腦物質(zhì)，因此它們放置到大腦的語言控制區(qū)被認(rèn)為是安全的,。而利用穿透性電極也是無法做到這一點(diǎn)的,。在一些實(shí)驗(yàn)中，通常利用穿透性電極來幫助麻痹癥患者控制電腦鼠標(biāo)或操縱義肢,。
腦電圖電極通常用于放在頭顱之上來記錄腦電波,，但是這種電極太大，而且記錄太多的大腦信號,，以致于很難將這些信號解碼為口語語言,。
