作者：菲利普·鲍尔
一位钢琴家演奏一系列音符，这位女士在一个电脑音乐系统上回应它们。然后，这位女士继续在一个循环伴奏轨道上演奏一段简单的即兴旋律。这听起来并不像是一个很大的音乐挑战——除非这位女士中风后瘫痪，只能进行眼睛、面部和轻微的头部运动。她完全是通过思考来创作音乐。
这是一个计算机音乐系统的试验，该系统通过拾取神经元微小的电脉冲，直接与用户的大脑互动。该设备由英国普利茅斯大学的作曲家和计算机音乐专家爱德华多·米兰达与埃塞克斯大学的计算机科学家合作开发，最终应帮助因大脑或脊髓损伤等原因导致严重身体残疾的人们，出于娱乐或治疗目的创作音乐。这些发现已在线发表在《音乐与医学》杂志上。
支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来能够继续讲述关于塑造我们今天世界的发现和想法的具有影响力的故事。
“这是一个有趣的途径，可能对患者非常有用，”荷兰马斯特里赫特大学研究脑机接口的神经科学家雷纳·戈贝尔说。
治疗用途
证据表明，音乐参与可能对患有神经退行性疾病（如痴呆症和帕金森病）的人有益。但是，几乎没有肌肉运动的人通常被排除在这些益处之外，只能通过被动聆听来享受音乐。
脑机接口（BCI）的发展使使用者仅凭意念即可控制计算机功能，为这类人群提供了新的可能性（参见意念乒乓球或可帮助截瘫患者）。一般来说，这些接口依赖于用户学习如何自我诱导特定心理状态的能力，这些心理状态可以通过脑部扫描技术检测到。
米兰达和他的同事使用了这些系统中最古老的一种：脑电图（EEG），其中头骨上的电极拾取微弱的神经信号。脑电信号可以被快速处理，从而实现快速响应时间，并且该仪器比脑部扫描技术（如磁共振成像和正电子发射断层扫描）更便宜且更便携。
以前使用BCI的努力主要集中在移动计算机屏幕图标（如光标）上，但米兰达的团队试图实现更复杂的任务，即让用户能够演奏和创作音乐。米兰达说，十多年前，当他研究如何使用脑电波制作音乐时，他第一次意识到当时新兴的BCI领域。“当我意识到音乐BCI对重度残疾人士福祉的潜力时，”他说，“我就无法放下这个想法。现在我无法将这项工作与我作为作曲家的活动分开。”
诀窍在于教会用户如何通过呈现重复的刺激（听觉、视觉或触觉）并让用户专注于它，从而将特定的大脑信号与特定任务联系起来。这会在脑电信号中引发独特的、可检测到的模式。米兰达和他的同事在电脑屏幕上展示了几个闪烁的“按钮”，每个按钮都会触发一个音乐事件。用户只需将注意力集中在按钮上即可按下按钮。
例如，一个按钮可以用来从预选的音符集中生成旋律。用户可以通过改变注意力的强度来改变控制信号的强度——按钮被“按下”的“力度”——结果会以按钮大小的变化以视觉方式反馈给他们。通过这种方式，可以通过心理上改变按压的强度来选择几个音符中的任何一个。
经过一点练习，这使得用户可以像在钢琴上选择琴键一样创作旋律。而且，正如研究人员所说，就像学习乐器一样，“练习越多，技巧越好”。
重获控制
研究人员在伦敦皇家神经功能障碍医院对一位患有闭锁综合征的女性患者进行了系统试验，闭锁综合征是一种由脑损伤引起的几乎完全瘫痪的形式。在两个小时的疗程中，她掌握了该系统，最终能够伴随伴奏轨道演奏。她报告说“再次掌控一切感觉真好”。
戈贝尔指出，患者仍然需要能够控制他们的眼球运动，而完全闭锁综合征患者无法做到这一点。他说，在这些部分病例中，“通常可以直接使用注视来控制设备，而不是脑电图系统”。但米兰达指出，仅靠注视眼睛不允许信号强度的变化。“注视眼睛可以比作鼠标或操纵杆，”他说。“我们的系统增加了一个维度，那就是选择的强度。这对于我们的音乐系统至关重要。”
米兰达说，尽管增加音乐任务的复杂性不是优先事项，但音乐治疗师建议，如果系统更像乐器会更好——例如，使用看起来像钢琴键盘的界面。他承认将按钮或琴键的数量增加到四个以上并不容易，但他有信心“我们最终会实现这一目标”。
“闪烁的东西不需要在电脑屏幕上，”他说。例如，它可以是一个物理电子键盘，琴键上带有发光二极管。“你可以通过盯着琴键来演奏它，”他说。