每分鐘 8 個單詞：用腦波實時聊天即將成為可能

斯坦福科研人員問道：「談談上次去科羅拉多大峽谷的旅遊經歷吧，什麼東西給你留下了最深的印象？」

坐在對面的婦女並未對這段美好回憶侃侃而談，而是盯著一台被 26 個字母和一些功能鍵佔滿的電腦顯示器。屏幕上的游標不斷游移，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字母。而控制這些游標移動的，並不像正常人一樣握著滑鼠點擊的那麼輕鬆。

她由於身患肌萎縮性脊髓側索硬化症（簡稱 ALS，又稱盧 · 格里克氏症）而全身癱瘓，因此無法使用手進行控制。不過，使用植入到大腦中的晶元她能夠移動屏幕上的游標，然後選擇想要表達的字母。

在緩慢的游標游移中，通過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光）。

同期參與本次科研項目的共有三名，在不懈努力下項目的科研結果出版在今天的期刊《eLife》上，介紹了癱瘓患者在利用腦機介面（BCI）方面取得的突破性進展。這名婦女主要負責測試這款卓越設備的「free typing」（自由打字）能力，圍繞著科羅拉多大峽谷的旅遊經歷，根據她所選擇的問題進行自由回答。

而另一名患者，因脊髓損傷而癱瘓的 64 歲男子則負責測試設備的「copy typing」（複製打字）功能。他負責複製打字類似於「The quick brown fox jumped over the lazy dog。」（敏捷的棕色狐狸跳過這條懶狗。）這樣的句子，最終測試結果顯示每分鐘能夠輸入 8 個單詞。

科研團隊的重要成員、斯坦福神經外科醫生 Jaimie Henderson 說道，這個輸入速度是此前全球最佳記錄的四倍。團隊表示未來將進一步改善用戶界面，包括常見於智能手機的聯想自動完成軟體等等，將會大幅提升輸入性能。

這台實驗性質的設備距離臨床使用還有很長的距離：為了能夠讓植入到大腦的晶元對外發送數據，項目參與者需要佩戴專用的頭戴式組件，並通過線纜連接到計算機上。為了讓這款設備能夠應用於癱瘓患者的日常生活，而不是僅僅局限於實驗室，Henderson 所帶領的團隊在 BrainGate 財團（由多所大學合作成立）的多方位支持快速發展。在接受外媒 IEEE Spectrum 採訪時，Henderson 表示：「我們的所有研究都是為了幫助殘疾人。」

儘管通過腦部手術來植入安裝晶元顯得有點偏激，但是 Henderson 的團隊在近期的調查中發現，癱瘓患者對於嘗試使用各種 BCI 技術的意願非常高。如果這款原型設備能夠實現無線，如果能夠讓他們每分鐘輸入 2 個單詞，大約有 30% 的受調查的脊髓嚴重患者表示願意進行大腦植入，

這套系統的工作原理是這樣的：首先將微型晶元植入到運動皮質（支配對側軀體隨意運動的中樞）上，該晶元只有最低劑量的阿司匹林大小。即使癱瘓無法移動，但是患者依然能夠產生類似於移動右手的思想，而植入晶元的電極陣列就能記錄神經元觸發（fire）發送的電信號。而 BrainGate 解碼軟體能夠截取這些信號，並轉換成為移動電腦游標的指令。

更為有趣的是，當科研人員為不同項目參與者進行個性化設置的時候系統依然能夠很好的完成任務。為了提升解碼能力，每位參與人員都需要想像一系列不同的移動方式（例如抬起整個右臂或者擺動左手拇指），科研人員對電極記錄的數據進行分析，從而嘗試找到最明顯和最可靠精準的信號。

每名參與者最後都想像成不同的移動方式來控制游標。患有 ALS 的婦女想像成通過 移動食指和大拇指來分別控制游標左右和上下移動。Henderson 表示經過一段時間的磨合，她不再需要思考如何控制這兩個拇指移動。他說道：「當她熟練掌握後，她表示並不需要額外的思考，她感覺就像是在操控一個操縱桿。」

而那名因脊髓損傷的男性參與者則想像成移動整個手臂，就像是在平面上滑動冰球。Henderson 表示：「每u0010名參與者的控制方式都能得到很好的兼容和發揮。」

在啟動這項研究之前，Henderson 所帶領的科研團隊層在猴子和人類志願者上進行了大量研究。在 2015 年對人類的研究中，科研人員嘗試了全新的解壓演算法從而更精準的了解用戶想要移動的方向。通過名為 Dasher 的單詞預測軟體，證明這款軟體能夠勝任打字輸入任務，能夠讓 ALS 患者每分鐘打 6 個單詞。

2016 年對靈長類動物的研究項目中，對這個升級版演算法進行了測試：不僅能夠精準的確認游標移動的方向，而且還能確認用戶是否想要點擊某個東西。通過這個點擊式系統，在猴子上的試驗證明了能夠移動游標到高亮的目標上。

通過將高亮的目標轉換為字母，科研人員讓猴子模擬打字任務。然後敲擊字母的組合，形成各種句子，類似於哈姆雷特的經典句子「To be or not to be——that is the question。」等等。測試結果顯示這些猴子最高能夠達到每分鐘 12 個單詞的速度。當然，它們並不能理解敲打這些句子所代表的含義。

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

Nuyujukian 表示：「這個項目的部分疑問顯然需要等待臨床測試才能得到回答。當這些人能夠綜合表達他們想要傳達的內容，那麼是否可以進行實時通訊？而這些東西顯然不可能在猴子上試驗得出。」他表示，在猶豫選擇什麼答案的心理行為極有可能在通訊過程中產生干擾。

解碼器的不斷成熟已經證明在未來能夠勝任這項任務，標誌著這項實用的通信技術正一步步走向尋常百姓家中。

不過項目所迎接的挑戰依然非常巨大：BrainGate 研究人員想要研發能夠完全植入，無線的系統，而且並不需要頻繁的校準來確保解碼器正常工作。Henderson 表示在 BrainGate 集團的投資下，正朝著所有預期目標推進。

一旦 BCI 設備經過打磨精鍊，不僅僅能夠輸入打字系統，還能控制其他東西。癱瘓患者能夠使用腦電波來控制輪椅，機器人手臂，或者能夠通過電極來刺激他們沉睡／萎縮的肌肉。

斯坦福大學的科研人員表示共同參與本次試驗的三名參與者，不僅對項目理論進行了驗證測試，而且也為技術的研發提供了資金方面的支持。在每個測試環節，科研人員表示這些參與人員都對系統的運作提供了很多有用的反饋。

Nuyujukian 回憶道，當科研人員正和那位身患 ALS 的女性測試者測試游標控制的演算法時候，她說道有：「有些東西發生變化了，游標並不能向右移動。」Nuyujukian 回憶道：「經過第二天的測試，我們發現她是對的，我們在代碼中發現了一處錯誤。」

viaIEEE.spectrum

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