大脑植入物帮助瘫痪男子再次说话——用两种不同的语言

他可以使用相同的语音解码器在英语和西班牙语之间切换。

研究中的患者以西班牙语为母语，在 30 岁时能说流利的英语。

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一个大脑植入物已被用来帮助一名瘫痪男子恢复其母语西班牙语和英语的语言。尽管他在很晚的时候才学会英语，但脑机接口（BCI）能够识别出他试图说的语言，而无需提前进行编程——而且这对于那些有语言能力的人来说可能效果更好。他们一生中大部分时间都在使用双语。

这项研究的 36 岁参与者因中风影响部分脑干而四肢瘫痪。令人难以置信的是，在 30 岁时，也就是中风之后，他的第二语言英语就变得流利了。尽管言语病理学家诊断为心律失常，但情况仍然如此。他的认知功能没有受到影响，但他只保留了对声道的少量控制，足以发出咕噜声和呻吟声，但不能发出言语。

该男子一直使用一个界面进行交流，该界面让他可以通过头部的微小运动来拼写单词，但是脑机接口的植入有可能大大改善这一点。

我们在之前的研究中已经看到了这项技术可以产生的变革性影响。就在最近，研究人员公布了一个系统的早期工作，该系统可以帮助那些无法控制自己声音的人恢复语音。其他系统可以通过想象人们正在手写来帮助人们在计算机上打字。就连埃隆·马斯克 (Elon Musk) 的公司 Neuralink 也参与其中，最近植入了其第一个 BCI 设备，据说其工作原理类似于“心灵感应”。  

事实上，这项试验的参与者会说两种语言，这又增加了一层兴趣。

作者在论文中写道：“双语语音产生在多大程度上依赖于跨语言的独特或共享的皮层活动仍不清楚。”这意味着当该男子尝试用英语和西班牙语说话时，他们不知道单个设备是否能够以相同的方式解码神经活动。

成功的植入手术发生在三年多前。该设备包含一个由 128 个电极组成的网格，并附着在患者左脑半球的表面，位于已知对语言产生很重要的区域。嵌入头骨中的连接器允许该设备连接到计算机系统。

植入物背后的想法是，它可以翻译神经活动，这些活动通常会向面部和声道的肌肉发出信号，表明你正试图说出某个特定的单词。有证据表明，当你学习第二语言时，大脑会有效地将其映射到你母语中已有的所有言语模式上——因此，作者推测，男性大脑中英语和西班牙语之间的共同特征可能允许植入重现任一语言。

不过，植入硬件只是其中的一部分。软件也必须经过培训。他们一开始的词汇量有限，只有 51 个英语单词、50 个西班牙语单词，以及 3 个在两种语言中相同的单词——比如这个人的昵称 Pancho。在训练过程中，参与者将在屏幕上一一看到单词，然后必须尝试说出这些单词，以便系统能够学习正确地翻译他的大脑活动。

为了帮助事情顺利进行，研究人员通过将系统的输出输入 GPT2 来利用我们在大型语言模型中看到的进步。这有助于降低错误率。

经过所有这些培训后，最大的考验是参与者是否能够真正使用系统使用预先训练的词汇进行对话。正如作者在补充视频 3 中所示，这确实是可能的，并且他能够随意在两种语言之间切换。

尽管词汇量较小且需要持续培训以定期重新校准系统（尽管该系统比其他系统持续时间更长，达到 48 天），但这是一个令人兴奋的窗口，让我们了解随着这项技术的发展可能实现的目标。它还增加了我们对双语如何在大脑中发挥作用的了解。

理想情况下，这样的系统将具有更大的灵活性，允许用户甚至在同一个句子中在语言之间切换。作者对他们的技术持乐观态度，得出的结论是，它“有潜力为许多可能受益的双语瘫痪者恢复更自然的交流。 ”

该研究发表在《自然生物医学工程》杂志上。