Cell | 科學(xué)家研發(fā)出一種利用心理密碼保護(hù)隱私的腦機(jī)接口裝置

研究人員成功識(shí)別并解讀了與內(nèi)心語言（人們內(nèi)心的無聲對(duì)話）相關(guān)的大腦活動(dòng)。在《Cell》雜志發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)展示了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)指令解碼這些無聲想法，準(zhǔn)確率高達(dá)74%，這一進(jìn)展或?qū)氐赘淖兪дZ人士的溝通方式。

腦機(jī)接口技術(shù)在協(xié)助重度殘疾人士方面展現(xiàn)出越來越大的潛力。這些系統(tǒng)通過解讀腦信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為動(dòng)作來工作，例如移動(dòng)機(jī)械臂或在屏幕上打字。最近的進(jìn)展甚至使腦機(jī)接口能夠解碼癱瘓患者的言語嘗試，即使沒有發(fā)出聲音，系統(tǒng)也能解讀患者在身體嘗試造詞時(shí)產(chǎn)生的大腦活動(dòng)。雖然這種嘗試言語的過程比眼動(dòng)追蹤等傳統(tǒng)方法更快，但對(duì)于肌肉控制能力有限的用戶來說，仍然可能比較緩慢且費(fèi)力。

在斯坦福大學(xué)的Erin Kunz和Benyamin Meschede-Krasa的帶領(lǐng)下，該研究團(tuán)隊(duì)探索了一種可能更輕松的替代方案：直接解碼內(nèi)部語言。他們的想法是探索腦機(jī)接口能否解讀那些僅憑想象產(chǎn)生的單詞的神經(jīng)信號(hào)，而無需任何實(shí)際的言語表達(dá)。這種方法可以為患有嚴(yán)重言語和運(yùn)動(dòng)障礙的人士提供一種更舒適、更快捷的溝通方式。

“如果只需用腦子思考而不是實(shí)際嘗試說話，人們可能會(huì)更容易、更快速地溝通，”Meschede-Krasa說道。

這項(xiàng)研究涉及四名因肌萎縮側(cè)索硬化癥或腦干中風(fēng)導(dǎo)致嚴(yán)重癱瘓的參與者。每位參與者的運(yùn)動(dòng)皮層（大腦中控制言語的關(guān)鍵區(qū)域）都被植入了微電極陣列。研究人員記錄了這些傳感器的神經(jīng)活動(dòng)，同時(shí)要求參與者執(zhí)行不同的任務(wù)。這些任務(wù)包括嘗試大聲說出一組單詞，以及簡(jiǎn)單地在內(nèi)心想象說出相同的單詞。

通過數(shù)據(jù)分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，嘗試說話和內(nèi)心說話激活了大腦中重疊的區(qū)域。這兩種行為的神經(jīng)活動(dòng)模式非常相似。一個(gè)顯著的區(qū)別是，與嘗試說話相關(guān)的大腦信號(hào)相比，與內(nèi)心說話相關(guān)的大腦信號(hào)通常強(qiáng)度較弱。這表明，想象說話會(huì)激活許多與準(zhǔn)備大聲說話相同的神經(jīng)回路，但強(qiáng)度較低。

研究人員利用從內(nèi)心說話任務(wù)中收集的數(shù)據(jù)，訓(xùn)練人工智能模型來識(shí)別和解讀特定想象詞語的模式。他們?cè)诟拍铗?yàn)證實(shí)驗(yàn)中展示了該系統(tǒng)的能力。腦機(jī)接口能夠解碼參與者想象說出的完整句子。在使用12.5萬個(gè)詞匯進(jìn)行測(cè)試時(shí)，該系統(tǒng)的準(zhǔn)確率高達(dá)74%。

該系統(tǒng)還展現(xiàn)出解碼非明確指令中想法的能力。例如，當(dāng)參與者被要求默數(shù)屏幕上粉色圓圈的數(shù)量時(shí)，腦機(jī)接口能夠解碼一系列遞增的數(shù)字。這一發(fā)現(xiàn)表明，該技術(shù)有可能解讀認(rèn)知任務(wù)中自然發(fā)生的、自發(fā)的、未經(jīng)提示的內(nèi)心言語。

“這是我們首次成功理解當(dāng)你僅僅想說話時(shí)大腦活動(dòng)的形態(tài)，”昆茲說道。“對(duì)于患有嚴(yán)重言語和運(yùn)動(dòng)障礙的人，能夠解碼內(nèi)心言語的腦機(jī)接口可以幫助他們更輕松、更自然地進(jìn)行交流。”

雖然嘗試性言語和內(nèi)心言語之間的相似性為溝通開辟了新的可能性，但也引發(fā)了關(guān)于心理隱私的問題。為了解決這個(gè)問題，研究小組更仔細(xì)地研究了這兩種神經(jīng)活動(dòng)之間的區(qū)別。他們發(fā)現(xiàn)，雖然模式相似，但它們之間的差異足以讓系統(tǒng)可靠地區(qū)分它們。

斯坦福大學(xué)的資深作者弗蘭克·威利特指出，這種區(qū)別可以用來訓(xùn)練腦機(jī)接口，使其專門忽略內(nèi)心言語，防止系統(tǒng)意外輸出用戶的私人想法。

在此基礎(chǔ)上，研究人員為那些可能希望使用內(nèi)部語言進(jìn)行交流的用戶展示了一種實(shí)用的隱私控制方法。他們開發(fā)了一種密碼控制機(jī)制，可以防止腦機(jī)接口解碼任何內(nèi)部語言，除非它被有意激活。

在他們的實(shí)驗(yàn)中，用戶可以想一個(gè)特定的關(guān)鍵詞短語“chitty chitty bang bang”來解鎖系統(tǒng)。一旦想出密碼，設(shè)備就會(huì)開始將內(nèi)心的語音翻譯成文本。系統(tǒng)識(shí)別這個(gè)無聲密碼的準(zhǔn)確率超過98%，為用戶提供了一種可靠的方式，可以控制他們的想法何時(shí)被翻譯。

研究人員承認(rèn)他們工作的局限性。目前的系統(tǒng)尚無法在不犯重大錯(cuò)誤的情況下解碼自由形式、非結(jié)構(gòu)化的內(nèi)心語音。這項(xiàng)研究的參與者規(guī)模也較小，未來還需要開展研究，以了解這些發(fā)現(xiàn)如何應(yīng)用于更廣泛的人群。所展示的隱私機(jī)制只是初步階段，隨著技術(shù)的進(jìn)步，還需要進(jìn)一步發(fā)展。

盡管存在這些局限性，但該團(tuán)隊(duì)相信，配備更多傳感器和改進(jìn)算法的更先進(jìn)的設(shè)備，終有一天能夠更流暢地解碼內(nèi)心的想法。這些發(fā)現(xiàn)代表著朝著開發(fā)不僅有效，而且對(duì)用戶來說舒適且可控的溝通工具邁出了重要一步，讓用戶能夠選擇何時(shí)說話，何時(shí)進(jìn)行私密思考。

“腦機(jī)接口的未來一片光明，”威利特說道。“這項(xiàng)研究帶來了真正的希望，即語音腦機(jī)接口有朝一日能夠恢復(fù)像會(huì)話語音一樣流暢、自然和舒適的交流。”

僅用于學(xué)術(shù)分享，若侵權(quán)請(qǐng)留言，即時(shí)刪侵！

歡迎加入腦機(jī)接口AI星球

獲取更多腦機(jī)接口+AI等領(lǐng)域的知識(shí)和資源。

歡迎來稿

1.歡迎來稿。投稿咨詢，請(qǐng)聯(lián)系微信：RoseBCI

點(diǎn)擊投稿：

2.加入社區(qū)成為兼職創(chuàng)作者，請(qǐng)聯(lián)系微信：RoseBCI

一鍵三連「分享」、「點(diǎn)贊」和「在看」

不錯(cuò)過每一條腦機(jī)前沿進(jìn)展