当您移动、感知、说话或做几乎任何事情时，您的大脑都会产生特定的相应电活动模式。几十年来，科学家们一直在通过机器运行这些脉冲，以更好地了解脑部疾病并帮助残疾人士。正在开发中的脑机接口 (BCI) 可以恢复一些瘫痪患者的运动能力，研究人员正在研究用于治疗神经和精神疾病的 BCI。
然而，BCI 的下一个前沿领域可能是更像编写短信。发表在《自然》杂志上的一项新研究描述了一种脑植入设备，可以让肢体运动障碍的人仅用意念创建文本，无需双手。
在他们的研究中，研究人员将人工智能软件与植入一名全身瘫痪男子大脑中的电极结合起来。他被要求想象自己用手写字，BCI 将他想象的字母和单词转换成电脑屏幕上的文本。这种技术有可能使全球数百万因肢体或声带肌肉受损而无法打字或说话的人受益。
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该研究的共同资深作者、斯坦福大学的克里希纳·V·舍诺伊之前的研究曾帮助分析与言语相关的神经模式。他的软件还解码了想象的手臂运动，以便瘫痪患者可以移动屏幕上的光标键盘来选择和输入字母。但这项技术只能让人每分钟生成 40 个字符，远低于平均键盘打字速度（大约 190 个字符）。研究人员的新工作通过使用想象的手写提高了通信速度。他们的技术让当时 65 岁的研究对象能够以每分钟 90 个字符的速度进行心理打字。这个速度接近大多数高级短信用户的平均水平，他们通常可以在手机上以每分钟约 115 个字符的速度打字。
该论文的主要作者、斯坦福大学神经修复转化实验室的研究科学家弗兰克·威利特说：“这项工作可以帮助恢复严重瘫痪或‘闭锁综合征’患者的沟通能力。” “它应该可以帮助人们表达自己和分享他们的想法；这非常令人兴奋。”
研究参与者在 2007 年遭受脊髓损伤，失去了颈部以下的大部分运动能力。2016 年，斯坦福大学神经外科医生、该论文的共同资深作者杰米·亨德森在该男子的大脑中植入了两个小型 BCI 芯片。每个芯片都有 100 个电极来感知神经元活动。它们被植入控制手和手臂运动的运动皮层区域，让研究人员能够分析与书面语言相关的脑活动模式。
华盛顿大学生物工程师艾米·L·奥斯本（未参与这项研究）说：“这项研究是皮层内脑机接口的一项重要且明确的进步。” “其中一个显而易见的原因是，他们在打字等具有挑战性但重要的任务上取得了巨大的性能飞跃。这也是迄今为止利用机器学习（如预测语言模型）等成熟工具来改进 BCI 的最重要演示。”
托马斯杰斐逊大学的神经学家米哈伊尔·D·塞鲁亚（研究中风康复中的 BCI，但未参与这项新研究）对这项工作很感兴趣。“我最初在 2019 年看到了这项研究的展示……我认为这很棒，”他说。“我认为这清楚地表明，可以从新皮质活动中解码精细运动轨迹。”
塞鲁亚补充说，他自己的研究可能与威利特的研究相结合，以帮助那些遭受脑外伤或中风的人。“我们已经证明，[中风后]可以解码运动控制信号，这意味着威利特开发的一些解码方法可能适用于脊髓损伤患者以外的人，”他说。
然而，塞鲁亚对这项新研究也有一个疑问，他说几年前他就向威利特提出了这个疑问：虽然通过书写字母恢复沟通很直观，但这可能不是最有效的方法。
“为什么不教这个人一种基于更简单的基本手势的新语言，类似于速记和弦或手语？” 塞鲁亚问道。“这既可以提高沟通速度，又可以大大减少所需的脑力和注意力。”
目前，威利特专注于心理解码更熟悉的沟通形式，他想重复打字实验，让更多瘫痪人士参与其中。他说，翻译大脑对手写的控制可能是恢复沟通技巧的重要第一步。但是，考虑到个人产生言语的速度比书写或打字的速度快，解码实际言语（通过分析某人打算说什么）仍然是研究人员面临的主要挑战。
“以足够的准确性和词汇量解码言语以使人们能够进行一般对话一直是一个难题。信噪比要高得多，因此更难翻译成计算机，”威利特说。“但我们现在很高兴我们能够非常准确地解码手写。每个字母都会引起非常不同的神经活动模式。”
至于文本和语音解码技术何时可能向公众开放，威利特持谨慎乐观态度。“很难预测我们的方法何时会转化为任何人都可以购买的真实设备，”他说。“现在有一些公司正在研究可植入的 BCI 设备，但你永远不知道何时有人会成功地将其转化。我们希望这会在几年内实现，而不是几十年！”