脑科技突破恢复了ALS患者的说话能力 - 彭博社

凯西·哈雷尔第一次尝试BCI系统。来源：加州大学戴维斯分校苹果公司的机器人技术转型是提升销售和利用苹果智能的更广泛努力的一部分。

摄影师：金娜·穆恩/彭博社去年八月，凯西·哈雷尔说出了他五岁女儿能记得的第一句清晰的话，重述了他对她母亲莱瓦娜·萨克森的婚礼誓言。房间里的成年人都哭了。

这一时刻得益于医学中最具挑战性的领域之一的创新浪潮：在事故或疾病切断联系后，将大脑重新连接到身体。虽然埃隆·马斯克的神经链接公司在这个领域获得了大部分关注和投资者资金，但学术实验室和竞争初创公司在修复这一断裂的联系方面也取得了显著进展。

“我现在正在以非常实际的方式使用这个，”46岁的哈雷尔说，他在2019年被诊断为肌萎缩侧索硬化症，并在几年后失去了清晰说话的能力。“这对我来说是真实的生活，”他说，描述他能够再次用自己的声音交流的那一天时哽咽。

他的交流能力源于加州大学戴维斯分校的研究人员去年夏天植入他大脑中的256个微小芯片。虽然被称为脑-计算机接口的技术通常旨在恢复运动，但哈雷尔的言语改善在新英格兰医学杂志中详细说明了其更广泛的前景。

初创公司正在关注突破性进展，这些进展揭示了神经系统用来控制嘴唇、下颌、舌头和喉部的复杂信号，而人工智能的进步使其能够解码这些信号以恢复沟通。就像替代缺失肢体的假肢一样，这个领域对这种设备有自己的术语： 语音神经假体。

最初，“恢复语言的想法似乎是不可实现的，因为语言的复杂性，”加州大学旧金山分校神经外科主任 爱德华·张在一篇伴随研究的社论中写道。“在过去十年中，语音神经假体的概念已经从科幻变为现实。”

这仍然是早期阶段。这项技术昂贵且笨重，需要哈雷尔在家中使用计算机。它的速度很慢，帮助他以每分钟33个单词的速度说话，远低于自然语言的每分钟160个单词。而且长期性能仍然未知：荷兰研究人员在同一期杂志中详细描述了一种类似设备的缓慢退化，该设备被一位因ALS而严重瘫痪的女性使用了七年。

神经细胞破坏

哈雷尔在女儿出生不久后得知自己患有ALS，也称为卢·盖里希病。这种疾病破坏大脑和脊髓中的神经细胞，使患者无法控制肌肉。他的自然语言在未经训练的耳朵听来像是咕哝或胡言乱语，即使他的思维依然敏锐。

然而，如今他很容易被理解。他大脑中的电极跟踪神经元的放电，以预测他想要表达的内容，然后一个使用数字重建的ALS前声音的语音生成器为他发声——这让所有参与者都感到高兴。

加州大学戴维斯分校神经假体实验室的联合主任神经外科医生大卫·布兰德曼和神经科学家谢尔盖·斯塔维斯基来源：加州大学戴维斯分校这项技术并没有让他感觉像个半机械人，而是增强了他的人际关系。朋友们参与到一年前无法进行的对话中。他与妻子的讨论比单纯的交易更深入。植入物给了他一种正常感。

“像我这样的人很少能有这样的感觉，”他说。

电连接

包括Neuralink、Paradromics Inc.、Synchron Inc.和Precision Neuroscience Corp.在内的公司正在开发类似的技术。Neuralink的设备在今年早些时候首次植入到一名瘫痪男子体内，他形容结果为令人震惊。Synchron在几名患者体内植入了设备，尽管它们的电极数量不如Neuralink的多。

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哈雷尔的电极位于他的 中央前回，这是一个涉及言语的通路，粗略地从耳到耳横跨大脑顶部。它们是在2023年7月进行的五小时手术中植入的，几周前他的一个亲属在加州大学戴维斯分校听说了这项技术，研究人员正在寻找他们的第一位患者。

“一方面，你不想急于进行脑部手术，”哈雷尔在5月的家中采访中说道。“另一方面，当你患有这种疾病时，你愿意接受的风险水平肯定更高。”

哈雷尔使用轮椅，缺乏操控传统鼠标的运动能力。在手术之前，他使用头鼠标来输入文本和电子邮件，而现在他可以借助该设备进行创作。

“这让他能够在想说的时候说出他想说的话，”加州大学戴维斯分校的神经外科医生大卫·布兰德曼说道，他植入了该设备。“这是一个不同的层次。”

追踪运动

随着俏皮话和观察的流淌，似乎BCI正在读取哈雷尔的思想。但根据布兰德曼和同事神经科学家谢尔盖·斯塔维斯基的说法，情况并非如此，他们共同管理着加州大学戴维斯分校的神经假体实验室。

相反，它正在追踪与他试图说出的单词相关的运动尝试。当大脑试图激活舌头、喉部和喉咙的肌肉时——这些指令在哈雷尔的神经元因ALS而死亡时被阻碍——植入的电极捕捉到这些信息。

信号由四台计算机在他位于奥克兰的公寓中处理和解码，研究的主要作者、加州大学戴维斯分校神经外科的博士后学者尼古拉斯·卡德表示，这个设备在未来可能会缩小。

博士后学者及研究主要作者尼古拉斯·卡德正在准备BCI系统来源：加州大学戴维斯分校一个递归的 神经网络首先预测他试图说出的音素或声音单元的概率。一个初步的语言模型将这些声音单元组合成可能的单词和短语，然后第二个更精细的语言模型构建出最可能的单词集。在短语被解码后，哈雷尔可以用他自己的声音播放音频版本。

这并不总是完美的：当彭博社的一名记者在场时，它错误地显示了“肮脏”而不是“书呆子”。在这些情况下，哈雷尔可以通过激活屏幕上的按钮来要求它再试一次，使用由Tobii AB制造的便携式眼动仪。

提高准确性

该技术的初步版本可以追溯到2004年，马萨诸塞州的一名男子马特·纳格尔在一次刺伤事件中瘫痪后植入的大脑。尽管自那时以来大部分创新都集中在速度上，但哈雷尔的设备真正的突破在于准确性。

经过不到两个小时的训练，其中大部分是在一个125,000个单词的词汇上，BCI的准确率达到了90%。在几天内上升到95%，后来达到了97%。

尽管解码的速度较慢，但这足以让他参与家庭对话，并帮助为他的雇主——澳大利亚非营利组织日出项目——制定策略。他参与应对气候变化的项目，包括针对金融机构。

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该技术的商业潜力受到当前患者数量少和成本高的限制。但这可能会改变，投资者正在关注。

“我们持续跟踪研究进展，尤其是在大学，”红杉资本的风险投资家康斯坦丁·布赫尔说，他称赞加州大学戴维斯分校的工作“非常令人印象深刻”。“学术机构在资助科学和研究方面处于良好位置，而风险资本在技术从‘研究’转向‘开发’时最为有用。”

哈雷尔的设备突出的一个领域是：经过训练后，他的妻子可以自己操作。这与许多需要持证医疗人员操作的植入物形成对比，后者主要用于实验室。

到目前为止，他是唯一一个获得加州大学戴维斯分校技术的患者，该技术通过他头顶的连接器插入。这使他容易感染，并且对于第一次看到电线与大脑并置的人来说可能会令人不安。哈雷尔表示，这些都无关紧要。

“像我这样的人没有时间等待完美的产品，”他说。“对我来说，现在这已经足够好了。”

苹果公司正在寻求新的收入来源，正在推进开发一种昂贵的桌面家用设备，该设备结合了类似iPad的显示屏和一个机器人手臂。

根据知情人士的说法，该公司现在有几百人团队在开发该设备，该设备使用一个细长的机器人手臂在大屏幕上移动。该产品依赖于执行器来上下倾斜显示屏并使其旋转360度，将为家用产品提供一种新颖的选择，例如亚马逊公司的Echo Show 10和Meta平台公司已停产的Portal。