PDF《室温超导更上一层楼》

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2019 年1月9日星期三 主编 / 赵路 编辑 / 胡璇子 校对 / 何工劳 Tel: (010)

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3 植入电极的癫痫病人 帮助人们破译语言. 图片来源: WENHT/ISTOCK.COM KAGRA 探测器位于池野山下, 靠近日本本州岛北海岸. 图片来源: TheAsahiShimbunviaGetty 对于许多瘫痪且无法说话的人来说, 他们 想要表达的语音信号隐藏在大脑中. 但没有人 能够直接破译这些信号. 不过, 最近有

3 个研究小组在将植入大脑 的电极数据转化为计算机生成的语音方面取 得了进展, 他们通过被称为神经网络的计算 模型, 重建了可以被人类听众理解的单词和 句子. 最近几个月以来,正如在 bioRxiv 上发 布的多篇论文描述的那样, 研究人员仍无法 完全重建仅仅存在于人们大脑里的语音信 息.但另一方面, 研究人员在人们大声朗读、 轻声细语, 或者听录音的时候, 监视了大脑的 部分活动. 未参与该研究的瑞士日内瓦大学神经工 程师 Stephanie Martin 表示,重新演绎人们脑 海中的语音信息这一做法 令人兴奋不已 . 中风或疾病后失去说话能力的人可以用 眼睛或其他小动作控制光标或选择屏幕上的 字母. 但如果大脑―计算机界面能够直接重建 语言, 他们可能会重新获得更多, 例如, 控制语 调或者在节奏较快的对话中插话. 但将这一想法付诸实践却困难重重. 我 们试图找出在不同时间点打开和关闭的神经 元模式, 以此推断语言信息. 美国哥伦比亚大 学计算机科学家 Nima Mesgarani 说, 从一个 映射到另一个映射的过程非常复杂. 这些信号转换为语音的情况因人而异, 因 此必须对计算机模型 因材施教 . 这些模型需 要非常精确的数据支持, 而这需要打开头骨. 研究人员只能在极少数情况下进行此类 侵入性研究.一种是在切除脑瘤的过程中, 暴 露在外的大脑发出的电信号帮助外科医生定 位并避开关键的语言和运动区域. 另一种则是 当癫痫患者植入电极以确定手术前癫痫发作 的起因时.Mesgarani 表示, 在收集数据的过程 中, 我们的操作时间最多只有

20 至30 分钟, 时间非常宝贵 . 研究人员通过将信息提供给神经网络获 取了大部分宝贵数据, 神经网络通过将信息传 递到计算 节点 层处理复杂模式. 神经网络也 能通过调整节点之间的连接来学习.在实验 中, 神经网络接触了一个人发出或听到的语音 记录以及同步的大脑活动的数据. Mesgarani 团队使用了

5 名癫痫患者的数 据.该网络分析了听觉皮层 (在语音和听力 过程中都很活跃) 在他们听到故事录音和人 们从

0 读到

9 的录音后的记录活动.然后, 计算机仅利用神经数据重建了录音中的数 字. 计算机 读出 人们脑海中数字的准确度高 达75%. 德国不来梅大学神经科学家 Miguel An- grick 和荷兰马斯特里赫特大学神经科学家 Christian Herff 领导的另一个团队, 则采用了

6 名接受脑肿瘤手术志愿者的数据. 他们捕捉到 这些患者朗读单音节词的声音, 同时电极还记 录下大脑的语音规划区域和运动区域活动. 神 经网络将电极读数映射到音频记录, 然后根据 先前的脑数据重建单词. 根据计算机化的评分 系统, 大约 40%的生成单词能够被理解. 最后, 加州大学旧金山分校神经外科医生 Edward Chang 和他的团队重建了