新天工开物 | 中风失语者躺上这张“床”,你能“听”到他的心里话

这张能“听”到心里话的“床”,其实是一台先进的国产脑磁图设备。未来,当失语者躺在上面,它便能以无创的方式,从脑信号里直接捕捉到想说的中文词语,再通过外部设备“讲出”。

近日,这项由华中科技大学附属同济医院神经外科舒凯教授团队,与华中科技大学人工智能与自动化学院伍冬睿教授团队合作的研究,实现了对单个中文词汇的无创解码,为失语者能“开口”说话,迈出了关键的第一步。



手术时,唐洲平教授(左三)和舒凯教授(右一)定位规划手术路径。

研发者说

讲述人:华中科技大学同济医学院附属同济医院神经外科教授 舒凯

我国有上百万名脑卒中、渐冻症患者身陷“沉默的牢笼”,他们思维清晰却无法言语。传统脑机接口需要患者长期训练,交流效率低。

有没有一种可能,让机器直接读懂大脑里的语音意念,再通过语音设备实现自然交流呢?我们发现,语音脑机接口可以实现这个目标,不过针对中文语音的脑机接口研究非常少,而且现有研究多依赖侵入式脑信号采集,存在手术风险,很难普及。主流的非侵入式脑机接口多采用脑电图技术或近红外技术,虽然便捷,但是信号容易受颅骨和头皮干扰,细节模糊。

我们就想到了用脑磁图作为信号采集工具,因为脑磁图具有毫秒级时间分辨率和毫米级空间分辨率,就像拥有了一台能看清大脑活动的“高清高速录像机”,既快又准地捕捉到大脑语言区的磁信号。

采集脑磁图用到的机器,外形跟核磁共振的床差不多,要小一点。患者戴上脑机接口帽,躺在上面,送进读取区等待机器读取磁信号就行。如果说脑电图像是在隔墙听一场模糊的对话,那么脑磁图就像拥有了一扇透明玻璃窗,能更清晰地“看到”大脑语言网络的实时活动。

为了从复杂多变的大脑磁信号中精准识别出对应的词汇,我们进一步开发了一套智能算法,让“文本”和“合成语音”作为“双顾问”,共同指导AI模型进行学习。模型在解读大脑的“语言意念”时,不仅看“词义”,还参考“发音规则”,通过对比学习技术,引导AI更好地将脑磁信号与词语的语义、声学特征进行配对。

我们用脑磁图与人工智能相结合的方式,构建出首个中文脑磁图语音数据集,实现了对中文词汇进行安全无创的解码。目前,我们的人工智能模型在48个词汇的分类任务中,取得了高达46.21%的解码准确率。我相信,未来可以实现让失语者重新“开口说话”。

大众点评

参与语音脑机接口试验的志愿者 张维新

我是一名自动化专业的本科生。自从我的爷爷因中风丧失语言能力后,我一直很关注脑机接口领域前沿,希望能有一个帮助我爷爷改善语言能力的机会。这次有幸作为志愿者参与舒凯教授和伍冬睿教授团队的试验,亲身体验非侵入式脑机接口技术,让我非常激动。

躺在脑磁图设备上时,我感受到的不仅是科技的新奇,更是一种“未来已来”的震撼。设备无需开颅,仅通过捕捉大脑磁场变化就能识别语言意图,这比我之前了解的脑电图技术更精准、更接近大脑的真实活动。

更让我印象深刻的是伍教授团队的算法设计。辅助解读的智能算法,不仅懂“意思”,还在学“发音”。它像一位耐心的双料翻译,试图理解我意念中那个词的形与声。虽然现在只是从几十个词里辨认,准确率不到一半,但对我而言,每一个被正确识别的词,都是一声响亮的破冰之声。

我期待有一天,这套系统能更精准、更便携,读懂每一位失语者想说的话。我想听到爷爷能再次问我:“这周末,想吃点什么?”

(整理:长江日报记者王恺凝 通讯员田娟)

【编辑:丁翾】

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